خشكسالي و انفجار جمعيت پرورش انواع گياهان جديد را اجتناب‌ناپذير كرده است
پرورش گياهان مقاوم
جام جم آنلاين: خشكسالي و گرماي كم سابقه در سال‌هاي اخير، كشاورزي بسياري از كشورها را دچار مشكلات متعددي كرده است. براساس پيش‌بيني كارشناسان، ميزان محصولات مختلف كشاورزي در جهان حدود 20 درصد نسبت به سال‌هاي قبل كاهش يافته است.
در چنين اوضاع نامساعد جوي، گياهاني كه به گونه‌اي تغيير ژنتيكي يافته‌اند و نياز به آب كمتري دارند، نظر بسياري را به خود جلب خواهند كرد. اما زمان و هزينه‌اي كه براي توليد گياهان تغيير ژنتيكي يافته صرف مي‌شود زياد است و گويي همه به دنبال راهي با بازدهي سريع‌تر هستند.
شايد راه‌حلي سريع‌تر را بتوان در ميكروبيوم گياهان يافت. ميكروبيوم گياهان عبارت است از همه قارچ‌ها، باكتري‌ها و ويروس‌هايي كه در سيستم ريشه هر گياهي موجود است. گياهاني كه در محيط‌هاي خشن مانند مناطق شيب‌دار اورست يا صحراهاي خشك و سوزان يوتا زندگي مي‌كنند، از نوعي ميكروبيوم برخوردارند كه مي‌تواند اين شرايط بسيار دشوار محيطي را تحمل كند.
ميكروارگانيسم‌هاي همزيست با گياهان در ازاي دريافت مواد غذايي از گياه به آن كمك مي‌كنند نيتروژن را از زمين گرفته و افزون بر اين، از گياه در برابر گرما، خشكسالي و ارگانيسم‌هاي بيماري‌زا محافظت مي‌كند.
ســال 2002، برخي پژوهشگران از دانشگــاه واشنگتن در حال بررسي نوعي علف با نام علمي Dichanthelium lanuginosum بودند كه در دماي 70 درجه سانتي‌گراد در چشمه‌هاي آب‌گرم زيرزميني زندگي مي‌كند. اين گروه پژوهشي، دانه‌هاي اين نوع علف را استرليزه كرد تا بتواند نوعي قارچ موجود در آن را كه اندوفايت (endophyte) ناميده مي‌شود، استخراج كند. نتيجه اين شد كه پس از خارج كردن اين قارچ، گياه ديگر نمي‌توانست در دماي بالا دوام آورد.
همين نكته جالب، پژوهشگران را به فكر انجام آزمايشي ديگر انداخت. آنها با خود گفتند شايد انتقال ميكروبيوم گياهان مقاوم در برابر كم‌آبي و خشكسالي به يك گياه معمولي بتواند به آنها كمك كند تا آب كمتري مصرف كنند.
براي آزمودن اين ايده، اين دانشمندان، هاگ قارچ اندوفايت موجود در آن گونه خاص از علف را روي دانه‌هاي گندم اسپري كردند. گندم معمولا حداكثر تا دماي 38 درجه سانتي‌گراد امكان رشد دارد. دانه‌هاي گندم پس از افشانده شدن هاگ مذبور روي آنها توانستند حداكثر دماي 70 درجه سانتي‌گراد را تحمل كنند و كمتر از مقدار معمول به آب نياز داشتند.
مي‌توان گفت ميكروبيوم‌هاي مختلف مي‌تواند طيفي از ويژگي‌هاي ارزشمند را به برخي محصولات كشاورزي منتقل كند. اين گروه پژوهشي همچنين قارچ‌هاي اندوفايت را از نوعي گياه با نام علمي Leymus mollis كه در شوره‌زارها رشد مي‌كند و همچنين نوعي توت فرنگي كه در ارتفاعات زياد رشد مي‌كند و دماي حداقل 5 درجه سانتي‌گراد را تحمل مي‌كند، استخراج كردند. سپس قارچ استخراج شده را روي دانه‌هاي برنج افشاندند. نتيجه اين شد كه گياه برنج مي‌توانست شوري زمين و نيز سرما را تحمل كند. همچنين اين كار سبب شد برنج حاصله از اين گياه، پنج برابر اندازه دانه‌هاي برنج معمولي شده و نيز نيمي از آب مورد نياز گياه معمولي برنج را مصرف كند.
نكته مهم در اين ميان اين بود كه اثرات حاصله بسيار سريع به وجود آمد. در واقع تنها 24 ساعت پس از افشاندن قارچ مذكور، ريشه‌هاي گياه برنج بلندتر شد. همچنين دانشمندان دريافتند اين دانه‌ها، ژن‌هاي مربوط به مقاومت در برابر شرايط سخت و تحمل كم‌آبي را در خود تغيير داده و به نسل بعدي منتقل كردند.
نكته: ميكروارگانيسم‌هاي همزيست با گياهان در ازاي دريافت مواد غذايي از گياه به آن كمك مي‌كنند نيتروژن را از زمين گرفته و افزون بر اين، از گياه در برابر گرما، خشكسالي و ارگانيسم‌هاي بيماري‌زا محافظت مي‌كند
دكتر راسل رودريگز، استاد زيست‌شناسي دانشگاه واشنگتن و سرپرست اين گروه پژوهشي بر اين باور است كه قارچ‌ها تنها در نقش آغازكنندگان اين تغييرات در گياهان عمل مي‌كنند ولي هنوز سازوكار دقيق اين تغييرات مشخص نيست. در واقع گياهان خودشان توانايي انجام اين كارها را دارند، ولي به قارچ به عنوان محرك انجام آن نيازمندند.
تلاش براي تغيير ژنتيكي گياهان براي مقاوم ساختن آنها در برابر كم‌آبي نيازمند صرف زماني طولاني و هزينه‌اي زياد است. حال آن‌كه افشاندن هاگ روي گياهان همين كار را در زماني بسيار كوتاه‌تر و با هزينه‌اي كمتر انجام مي‌دهد.
در اين ميان، يك پژوهشگر ديگر با استفاده از هاگ به‌دست آمده از گياهان مقاوم در برابر شرايط سخت، نوعي پودر ساخته كه مي‌توان آن را روي دانه هر گياهي ريخت. اين پژوهشگر به همراه دكتر رودريگز بتازگي شركتي تاسيس كرده كه قرار است اين نوع پودر را به توليد انبوه برساند. اين پودر سبب مي‌شود برنج در دماي پايين و در زمين‌‌هايي كه بالا آمدن سطح آب درياها، سبب شور شدن آنها شده، بتواند به رشد خود ادامه دهد.
نتايج اوليه نشان داده اين نوع پودر سبب افزايش 35 درصدي محصول مي‌شود. همچنين آزمايش ديگري روي ذرت در حال انجام است. دانشمندان فكر مي‌كنند قارچ‌هاي اندوفايت مي‌تواند سبب كاهش ميزان آب مورد نياز گياهان شود و افزون بر اين، نتايج آزمايشگاهي نشان داده قارچ‌هاي اندوفايت سبب آسيب‌زدن به محصول در نواحي پر آب نمي‌شود. جالب است بدانيد گياهاني كه براي مقاومت در برابر كم‌آبي تغيير ژنتيكي يافته‌اند، در شرايط پر آبي و تغيير وضع هوا، رشد بسيار كمي دارند. در نتيجه مي‌توان گفت قارچ‌هاي اندوفايت مزاياي بيشتري نسبت به تغيير ژنتيكي دارد.
گروه پژوهشي دانشگاه واشنگتن در حال جمع‌آوري قارچ‌هاي اندوفايت از قاره‌هاي مختلف است. اگر هر قاره‌اي، مجموعه‌اي از قارچ‌هاي خاص خود داشته باشد، مي‌توان از به كارگيري قارچ‌هاي يك قاره براي قاره ديگر جلوگيري كرد.
در اين ميان پژوهشگران ديگر نيز بيكار نماندند. در پژوهشي ديگر، قارچ‌هاي اندوفايت و باكتري‌ها از نوعي گياه صحرايي مقاوم در برابر كم‌آبي به گوجه فرنگي، فلفل و علف (كه هر سه غذاي دام است) منتقل شد. نتيجه اين‌كه ميزان هر سه اين محصولات افزايش يافت.
سازمان غذا و كشاورزي ملل متحد اعلام كرده براي تامين نيازهاي بشر، حجم توليد محصولات كشاورزي تا 40 سال ديگر بايد به دو برابر ميزان كنوني افزايش يابد و انتقال ميكروبيوم گياهي، راهي سريع براي رسيدن به اين هدف خواهد بود. با در نظر گرفتن خشكسالي‌هايي كه سال‌هاي آينده در بسياري از كشورها روي خواهد داد، دانشمندان چندان اميدوار نيستند مهندسي ژنتيك بتواند گره‌اي از اين مشكل بگشايد. در اين ميان، شايد استفاده از قارچ‌ها و ساير ميكروب‌هاي موجود در گياهان مقاوم، تنها راه‌حل پيش‌رو باشد.
NewScientist / مترجم: صالح سپهري‌فر