پرورش گیاهان مقاوم در برابر کم آبی

خشکسالی و گرمای کم سابقه در سال های اخیر، کشاورزی بسیاری از کشورها را دچار مشکلات متعددی کرده است. براساس پیش بینی کارشناسان، میزان محصولات مختلف کشاورزی در جهان حدود ۲۰ درصد نسبت به سال های قبل کاهش یافته است.

 در چنین اوضاع نامساعد جوی، گیاهانی که به گونه ای تغییر ژنتیکی یافته اند و نیاز به آب کمتری دارند، نظر بسیاری را به خود جلب خواهند کرد. اما زمان و هزینه ای که برای تولید گیاهان تغییر ژنتیکی یافته صرف می شود زیاد است و گویی همه به دنبال راهی با بازدهی سریع تر هستند.

شاید راه حلی سریع تر را بتوان در میکروبیوم گیاهان یافت. میکروبیوم گیاهان عبارت است از همه قارچ ها، باکتری ها و ویروس هایی که در سیستم ریشه هر گیاهی موجود است. گیاهانی که در محیط های خشن مانند مناطق شیب دار اورست یا صحراهای خشک و سوزان یوتا زندگی می کنند، از نوعی میکروبیوم برخوردارند که می تواند این شرایط بسیار دشوار محیطی را تحمل کند.

 میکروارگانیسم های همزیست با گیاهان در ازای دریافت مواد غذایی از گیاه به آن کمک می کنند نیتروژن را از زمین گرفته و افزون بر این، از گیاه در برابر گرما، خشکسالی و ارگانیسم های بیماری زا محافظت می کند.

 ســال ۲۰۰۲، برخی پژوهشگران از دانشگــاه واشنگتن در حال بررسی نوعی علف با نام علمی Dichanthelium lanuginosum بودند که در دمای ۷۰ درجه سانتی گراد در چشمه های آب گرم زیرزمینی زندگی می کند. این گروه پژوهشی، دانه های این نوع علف را استرلیزه کرد تا بتواند نوعی قارچ موجود در آن را که اندوفایت (endophyte) نامیده می شود، استخراج کند. نتیجه این شد که پس از خارج کردن این قارچ، گیاه دیگر نمی توانست در دمای بالا دوام آورد.

 همین نکته جالب، پژوهشگران را به فکر انجام آزمایشی دیگر انداخت. آنها با خود گفتند شاید انتقال میکروبیوم گیاهان مقاوم در برابر کم آبی و خشکسالی به یک گیاه معمولی بتواند به آنها کمک کند تا آب کمتری مصرف کنند.

 برای آزمودن این ایده، این دانشمندان، هاگ قارچ اندوفایت موجود در آن گونه خاص از علف را روی دانه های گندم اسپری کردند. گندم معمولا حداکثر تا دمای ۳۸ درجه سانتی گراد امکان رشد دارد. دانه های گندم پس از افشانده شدن هاگ مذبور روی آنها توانستند حداکثر دمای ۷۰ درجه سانتی گراد را تحمل کنند و کمتر از مقدار معمول به آب نیاز داشتند.

می توان گفت میکروبیوم های مختلف می تواند طیفی از ویژگی های ارزشمند را به برخی محصولات کشاورزی منتقل کند. این گروه پژوهشی همچنین قارچ های اندوفایت را از نوعی گیاه با نام علمی Leymus mollis که در شوره زارها رشد می کند و همچنین نوعی توت فرنگی که در ارتفاعات زیاد رشد می کند و دمای حداقل ۵ درجه سانتی گراد را تحمل می کند، استخراج کردند. سپس قارچ استخراج شده را روی دانه های برنج افشاندند. نتیجه این شد که گیاه برنج می توانست شوری زمین و نیز سرما را تحمل کند. همچنین این کار سبب شد برنج حاصله از این گیاه، پنج برابر اندازه دانه های برنج معمولی شده و نیز نیمی از آب مورد نیاز گیاه معمولی برنج را مصرف کند.

 نکته مهم در این میان این بود که اثرات حاصله بسیار سریع به وجود آمد. در واقع تنها ۲۴ ساعت پس از افشاندن قارچ مذکور، ریشه های گیاه برنج بلندتر شد. همچنین دانشمندان دریافتند این دانه ها، ژن های مربوط به مقاومت در برابر شرایط سخت و تحمل کم آبی را در خود تغییر داده و به نسل بعدی منتقل کردند.

نکته: میکروارگانیسم های همزیست با گیاهان در ازای دریافت مواد غذایی از گیاه به آن کمک می کنند نیتروژن را از زمین گرفته و افزون بر این، از گیاه در برابر گرما، خشکسالی و ارگانیسم های بیماری زا محافظت می کند

 دکتر راسل رودریگز، استاد زیست شناسی دانشگاه واشنگتن و سرپرست این گروه پژوهشی بر این باور است که قارچ ها تنها در نقش آغازکنندگان این تغییرات در گیاهان عمل می کنند ولی هنوز سازوکار دقیق این تغییرات مشخص نیست. در واقع گیاهان خودشان توانایی انجام این کارها را دارند، ولی به قارچ به عنوان محرک انجام آن نیازمندند.

 تلاش برای تغییر ژنتیکی گیاهان برای مقاوم ساختن آنها در برابر کم آبی نیازمند صرف زمانی طولانی و هزینه ای زیاد است. حال آن که افشاندن هاگ روی گیاهان همین کار را در زمانی بسیار کوتاه تر و با هزینه ای کمتر انجام می دهد.

 در این میان، یک پژوهشگر دیگر با استفاده از هاگ به دست آمده از گیاهان مقاوم در برابر شرایط سخت، نوعی پودر ساخته که می توان آن را روی دانه هر گیاهی ریخت. این پژوهشگر به همراه دکتر رودریگز بتازگی شرکتی تاسیس کرده که قرار است این نوع پودر را به تولید انبوه برساند. این پودر سبب می شود برنج در دمای پایین و در زمین هایی که بالا آمدن سطح آب دریاها، سبب شور شدن آنها شده، بتواند به رشد خود ادامه دهد.

 نتایج اولیه نشان داده این نوع پودر سبب افزایش ۳۵ درصدی محصول می شود. همچنین آزمایش دیگری روی ذرت در حال انجام است. دانشمندان فکر می کنند قارچ های اندوفایت می تواند سبب کاهش میزان آب مورد نیاز گیاهان شود و افزون بر این، نتایج آزمایشگاهی نشان داده قارچ های اندوفایت سبب آسیب زدن به محصول در نواحی پر آب نمی شود. جالب است بدانید گیاهانی که برای مقاومت در برابر کم آبی تغییر ژنتیکی یافته اند، در شرایط پر آبی و تغییر وضع هوا، رشد بسیار کمی دارند. در نتیجه می توان گفت قارچ های اندوفایت مزایای بیشتری نسبت به تغییر ژنتیکی دارد.

 گروه پژوهشی دانشگاه واشنگتن در حال جمع آوری قارچ های اندوفایت از قاره های مختلف است. اگر هر قاره ای، مجموعه ای از قارچ های خاص خود داشته باشد، می توان از به کارگیری قارچ های یک قاره برای قاره دیگر جلوگیری کرد.

 در این میان پژوهشگران دیگر نیز بیکار نماندند. در پژوهشی دیگر، قارچ های اندوفایت و باکتری ها از نوعی گیاه صحرایی مقاوم در برابر کم آبی به گوجه فرنگی، فلفل و علف (که هر سه غذای دام است) منتقل شد. نتیجه این که میزان هر سه این محصولات افزایش یافت.

 سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد اعلام کرده برای تامین نیازهای بشر، حجم تولید محصولات کشاورزی تا ۴۰ سال دیگر باید به دو برابر میزان کنونی افزایش یابد و انتقال میکروبیوم گیاهی، راهی سریع برای رسیدن به این هدف خواهد بود. با در نظر گرفتن خشکسالی هایی که سال های آینده در بسیاری از کشورها روی خواهد داد، دانشمندان چندان امیدوار نیستند مهندسی ژنتیک بتواند گره ای از این مشکل بگشاید. در این میان، شاید استفاده از قارچ ها و سایر میکروب های موجود در گیاهان مقاوم، تنها راه حل پیش رو باشد.

NewScientist

مترجم: صالح سپهری‌فر