مقاله زیست فناوری در حفاظت و بهره‌برداری از منابع ژنتیکی گیاهی

بخشی از مقاله

چکیده:

منابع ژنتیکی و ذخایر توارثی گیاهی شامل تنوع درون گونهای و بین گونهای گیاهان میباشد و یکی از باارزشترین ثروتها و منابع پایهای جهان محسوب میشود. بنابراین حفاظت و صیانت از این منابع و تدابیر روشهایی برای استفاده بهینه از آنها توسط زیست فناوری امری ضروری است. حفاظت از ذخایر توارثی گیاهی را میتوان حفاظت از ذخایر ژنتیکی در رویشگاه طبیعی و خارج از رویشگاه طبیعی در نظر گرفت. توسعه و پیشرفت در علم زیست فناوری روشهای جدیدی را در جمعآوری، تکثیر، حفاظت و ایجاد ذخایر توارثی گیاهی توسط کشت درون شیشهای - از قبیل کشت بافت گیاهی، کشت سلول گیاهی، کشت گرده و بساک، کشت جنین و ... - ، حفاظت انجمادی - نیتروژن مایع، Cٌُّ - ، استفاده از نشانگرهای مولکولی در بررسی تنوع ژنتیکی بین گیاهان در جهت تعیین هویت ژرم پلاسم گیاهی و .... فراهم کرده است. بنابراین علم زیستفناوری که بعنوان یکی از رشتههای کلیدی جهان محسوب میشود میتواند نقش کلیدی را در حفاظت و بهرهبرداری از منابع ژنتیکی گیاهی ایفا نماید.

کلمات کلیدی: زیست فناوری، کشت درونشیشهای، انجمادسازی، نشانگر مولکولی، تنوع ژنتیکی

.1 مقدمه

یکی از شاخههای مهم علم و دانش، زیست فناوری است که امروزه در بسیاری از بخشها از جمله کشاورزی نقش مهمی داشته و بعنوان یکی از محورهای پیشرفت و اقتصاد در سطح جهانی مطرح است. پیشرفت و توسعه علم زیستفناوری خود وابسته به ذخایر ژنتیکی و زیستی کشورهاست. منابع ژنتیکی گیاهی علاوه بر اینکه بعنوان عامل زیربنایی برای توسعه کشاورزی محسوب میشوند، بعنوان منبعی از سازگاریهای ژنتیکی و همچون سپری در برابر تغییرات عوامل محیطی عمل مینمایند . - 5 - همچنین این منابع رکن اساسی را در انتخاب و بهبود نیازهای امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان از طریق اصلاح را فراهم میکنند . - 32 - هدف اصلی حفاظت از ذخایر توارثی و منابع ژنتیکی، دستیابی به حفاظت پایدار این منابع بوده که در هر زمانی میتوانند قابلیت دسترسی داشته باشند . - 21 - انتخاب فنون و روشهای حفاظت، به اهدافی از جمله تلاشهایی در حفاظت از منابع ژنتیکی بصورت ویژه، سیستم اصلاحی و رفتار بذری گونهها با توجه به منابع در دسترس از جمله هزینهها، زیربناهای اقتصادی و فناوریها بستگی دارد . - 16 -

بنابراین با در نظر گرفتن این عوامل، حفاظت از ذخایر ژنتیکی میتواند به دو صورت حفاظت در رویشگاه طبیعی و خارج از رویشگاه طبیعی اجرا گردد. این دو روش مکمل هم میباشند اما انتخاب راهبرد و روش مناسب بر پایه ضوابط و معیارها، بستگی به ماهیت زیستی گونهها و تسهیل در بکارگیری روش انتخاب شده خواهد داشت . - 17 - حفاظت در رویشگاه طبیعی به نگهداری و حفاظت گیاهان و گونههای زیستی در رویشگاه طبیعی خود اطلاق میشود. حفاظت از گونههای گیاهی در زیستگاههای آنها، مناسبترین روش نگهداری تنوع ژنتیکی است، چون عوامل طبیعی ممکن است تنوع ژنتیکی را در زیستگاه طبیعی ایجاد کنند . - 12 - بنابراین حفاظت در رویشگاه طبیعی، تنوع ژنتیکی موجود و جمعیتهای قابل رویش گونههای وحشی را به منظور برهمکنشهای زیستی، فرآیندهای بومشناختی و عملکردهای تحت شرایط طبیعی حفظ و مدیریت می کند . - 11 -

اما از آنجایی که حفاظت از منابع ژنتیکی و ذخایر توارثی در رویشگاه طبیعی بدلیل کوچک و محصور بودن زیستگاهها، تغییرات اقلیمی، استفاده ناکارآمد از منابع گیاهی، هجوم عوامل بیماریزا و گونههای مهاجم در طبیعت دارای مشکلاتی است - 27 - ، بنابراین این روش حفاظت نمیتواند روش کارآمد و مفیدی در حفاظت از منابع ژنتیکی و ذخایر توارثی باشد. روش دیگری که در حفاظت از این منابع میتواند بکار گرفته شود حفاظت در خارج از رویشگاه طبیعی است، که به حفاظت از منابع زنتیکی در خارج از زیستگاه طبیعی خود اطلاق میشود و شامل حفاظت از جمعیتها یا گیاهانی که در معرض تخریب فیزیکی و زوال ژنتیکی هستند، میباشد و جهت اطمینان از دسترسی آسان، تأمین مداوم و پیوسته بخشهای زایشی، و حتی ایجاد منبع تولید از طریق نگهداری منابع ژنتیکی و بهبود وضعیت اقتصادی از طریق فعالیتهای اصلاحی و تأمین بخشهای زایشی که از لحاظ ژنتیکی بهبود یافتهاند، کاربرد دارد . - 29 -

همچنین حفاظت در خارج از رویشگاه طبیعی شامل حفاظت یا تکثیر گونههای متنوع، کلون یا منابع ژنتیکی گونههای گیاهی حتی در باغهای گیاهشناسی، بانکهای بذری یا توسط بعضی از محیطهای زیستی نیمه طبیعی میباشد . - 31 - از طرفی این نوع حفاظت میتواند با تکثیر گونههای گیاهی، واریتهها و یا کلونهای خاص بوسیله روشهای کلاسیکی با استفاده از بذر، قلمهها، ریزومها، پداژهها یا با استفاده از روشهای زیست فناوری از قبیل کشت سلول، کشت اندام، کشت بافت، فنون ریزازدیادی، حفاظت انجمادی، ایجاد بانکهای ژرم پلاسمی، ایجاد بانکهای ژنی، تحقیقات کاربردی در سطح پیشرفته جهت معرفی تغییرات ژنتیکی جدید در جمعیت موجود، تقویت جمعیت موجود و معرفی مجدد به محیطهای کنترل شده وحشی تداوم داشته باشد . - 28 -

این روش حفاظت بدلیل اینکه طریقه نگهداری در آن بر طبق قوانین و مقررات بوده و بصورت مصنوعی نیز روش اصولی و منظمی است، در نتیجه یک روش موثر و عملی میباشد . - 26 - بنابراین جمعآوری ژرمپلاسم گیاهان زراعی و باغی و خویشاوندان وحشی آنها از رویشگاه طبیعی و نگهداری آنها در شرایط تخصصی و مبتنی بر استانداردهای بینالمللی در خارج از رویشگاههای طبیعی موثرترین استراتژی حفاظت محسوب میشود . - 7 - این مقاله بطور مختصر روشهای حفاظت و بهرهبرداری از منابع ژنتیکی گیاهی را توسط زیستفناوری مورد بحث و بررسی قرار میدهد که میتواند در حفظ و نگهداری از این منابع مفید و موثر باشد.

.2 روشهای حفاظت از منابع ژنتیکی با فناوری های درونشیشهای

کشت سلول و بافت گیاهی که با عنوانهای کشت درونشیشهای و یا کشت استریل نیز مطرح میشود، غالباً بعنوان سیستمهای الگو برای بررسیهای فیزیولوژیکی، زیست شیمیایی، ژنتیکی و دشواریهای ساختاری گیاهان، مورد استفاده قرار گرفته و ابزاری مهم در مطالعات پایه و کاربردی بوده که دارای کاربردهای تجاری میباشد 3 - و . - 6 حفاظت از منابع ژنتیکی به روش درونشیشهای مزایای زیادی دارد از جمله اینکه کشت درونشیشه ای امکان نگهداری گونههای گیاهی را که در معرض انقراض هستند ممکن میسازد، نگهداری درونشیشهای گیاهانی که به روش رویشی ازدیاد میشوند سبب صرفهجویی زیاد در زمان و مکان میگردد، نگهداری گیاهان نر عقیم که امکان ازدیاد آنها به روش جنسی وجود ندارد در شرایط درونشیشهای امکانپذیر است، در کشت درون شیشهای امکان کاهش موثر رشد وجود دارد و بنابراین تعداد واکشتها کاهش می یابد، چنانچه در کشت بافت مواد عاری از بیماری - استریل - بدست آید انجام واکشت در شرایط درونشیشه ای تنها راه مطمئن برای نگهداری این مواد عاری از بیماری است بعبارتی با نگهداری گیاه در شرایط درونشیشهای لازم نیست که برای اطمینان از عاری بودن گیاه از عوامل بیماری زا از کشت مریستم برای تولید گیاه استفاده نمود، همچنین از آنجایی که امکان ادامه کشت مواد عاری از بیماری امکان پذیر است بنابراین امکان نقل و انتقال مواد عاری از بیماری نیز وجود دارد 33 - و . - 1

بنابراین نگهداری درونشیشهای منابع ژنتیکی ارزش زیادی در ارائه راهحل و نیز به عنوان روشی جایگزین برای غلبه بر موانع و مشکلات مدیریت ذخایر ژنتیکی است. در گیاهانی که بطور رویشی تکثیر میشوند و نیز در گیاهانی که بذور سرسخت - recalcitrance - تولید میکنند و گیاهان دائمی یا چندساله که هتروزیگوسیتی زیادی دارند، نگهداری بذر بعنوان ذخایر ژنتیکی مناسب نمیباشد. در چنین محصولاتی به طور خاص ذخیره درون شیشه ای اهمیت کاربردی فوقالعادهای دارد. کاربرد کشت بافت در حفظ منابع ژنتیکی شامل ذخیره کردن ژرمپلاسم به صورت کشتهای با رشد بطئی یا بصورت بافت ذخیره منجمد است که با استفاده از روشهای کشت بافت میتوانند باززایی شوند. سایر کاربردها شامل حذف ویروسها از ژرمپلاسمهای باارزش، تبادل بینالمللی ژرمپلاسم بصورت نمونههای کشت بافت ضدعفونی شده، و تکثیر ژرمپلاسم برای برنامههای اصلاحی میباشد . - 8 -

جمعآوری نمونه گیاهی اولین قدم در دستیابی به ژرمپلاسم گیاهی است. برای حفاظت در خارج از رویشگاه طبیعی، جمعآوری قلمههای گیاهان و بذور روش موثری میباشد . - 15 - در جمعآوری و حفاظت از بافت گیاهی در شرایط درونشیشهای عوامل مختلفی از جمله بافت مناسب برای جمعآوری، اندازه بافت، باقیمانده خاک و حضور بافت تیمار شده، استریل کردن نمونه گیاهی، حذف ماده ضدعفونی کننده، محیط کشت غذایی و شرایط ذخیرهای شامل نور، دما و رطوبت باید در نظر گرفته شوند . - 35 - حذف میکروارگانیسمها یک عامل حیاتی است که بایستی جمعآوری و حفاظت از نمونه گیاهی در شرایط درونشیشه ای بصورت خیلی قوی کنترل شود. استریل کردن سطحی اولین قدم در ایجاد کشتهای ضدعفونی شده است که در مکان جمعآوری یا در آزمایشگاه پس از اینکه نمونه در یک محیط کشت انتقالی قرار داده شد میتواند انجام گیرد . - 25 -

فنون کشت بافت بهترین روش برای جمعآوری، افزونگری و ذخیره ژرمپلاسم گیاهی بوده و روش مفیدی برای حفاظت از تنوع زیستی از جمله منابع ژنتیکی بذور سرسخت و گونههای تکثیر شونده رویشی، گونههای گیاهی کمیاب و در حال انقراض، و محصولات بیوتکنولوژی از قبیل ژنوتیپهای برتر و نمونههای مهندسی شده ژنتیکی میباشد . - 28 - فنون درونشیشهای که برای حفاظت میانمدت استفاده میشوند، نگهداری نمونههای زیستی را بسته به فن استفاده شده و نمونه گیاهی، از چندین ماه تا 2-3 سال بدون واکشت کردن فراهم میآورند . - 15 - از فنون درون شیشهای که یکی از کاربردهای زیستفناوری میباشد میتوان به کشت گیاه کامل، کشت جنین، کشت اندام گیاهی، کشت کالوس، کشت پروتوپلاست، ریزازدیادی و ... اشاره نمود.

2-1 حفاظت از طریق کشت سلول، جنین، اندام و پروتوپلاست گیاهی

کشت سلولهای منفرد به کمک آنزیمها یا به روشهای مکانیکی که از یک بافت گیاهی، کالوس و یا سوسپانسیون سلولی بدست میآید کشت سلول گفته میشود - 1 - که این کشت میتواند در محیطهای مایع - بدون آگار - در ظرفهایی که معمولاً با تکان دادن تهویه میشوند، کشت شوند.کشت جنین نیز به جدا کردن جنین - در هر مرحلهای که باشد - تحت شرایط کاملاً استریل شده از تخمک، بذر یا کپسول و کشت آن در یک محیط کشت مصنوعی مایع یا جامد تحت شرایط فیزیکی و شیمیایی مناسب اطلاق میشود . - 4 - کشت جنین دارای دو نوع کشت جنین نابالغ و کشت جنین بالغ است. در کشت جنین نابالغ که از بذر نارس حاصل شده است اساساً برای جلوگیری از سقط جنین و با هدف تولید یک گیاه زنده انجام میشود، اما در کشت جنین بالغ که از بذررسیده حاصل شده است، نسبتاً سادهتر بوده و بطور مثال برای حذف جوانهزنی بذر استفاده میشود . - 1 -