تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- دانشگاه آزاد اسلامی
چکیده: (142 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: نیشکر (Saccharum officinarum L. ، از خانواده Poaceae) یکی از مهم‌ترین محصولات اقتصادی جهان است که به‌دلیل تولید شکر، اتانول، بیوانرژی، و باگاس به‌صورت گسترده در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری کشت می‌شود. با توجه به نقش کلیدی نیشکر در تأمین انرژی‌های تجدیدپذیر و محصولات مشتق‌شده از آن، این گیاه در کانون توجه بسیاری از تحقیقات کشاورزی و صنعتی قرار دارد. اما یکی از مهم‌ترین چالش‌هایی که تولید نیشکر را به‌ویژه در مناطق شور تحت تأثیر قرار می‌دهد، تنش شوری است. شوری خاک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی، موجب کاهش رشد و عملکرد گیاه می‌شود و در سطح جهانی تهدیدی جدی برای تولید محصولات کشاورزی ایجاد می‌کند. تنش شوری تأثیرات منفی بسیاری بر رشد و توسعه نیشکر دارد؛ از جمله کاهش جذب آب، اختلال در متابولیسم و تجمع سدیم در بافت‌های گیاهی. در نتیجه، کاهش شدید عملکرد و کیفیت محصول در مناطقی که با شوری مواجه هستند، به یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کشاورزان و محققان تبدیل شده است. این مقاله مروری با هدف بررسی چالش‌های ناشی از شوری در نیشکر و ارائه راهکارهای نوین اصلاحی برای افزایش مقاومت این گیاه در برابر شوری تدوین شده است.
مواد و روش‌ها: این مطالعه مروری با استفاده از جستجوی سیستماتیک در پایگاه‌های داده علمی معتبر مانند PubMed، Scopus و Web of Science انجام شده است. ابتدا بیش از 100 مقاله که به موضوع شوری و نیشکر مرتبط بودند، مورد بررسی قرار گرفتند. معیارهای انتخاب مقالات شامل انتشار در مجلات معتبر با داوری همتا، مرتبط بودن با موضوع شوری و تمرکز بر روش‌های نوین اصلاحی بودند. پس از بررسی اولیه، مقالاتی که به‌طور خاص به راهکارهای نوین برای اصلاح نیشکر در برابر شوری پرداخته بودند، انتخاب و تحلیل شدند. اطلاعات استخراج‌شده از مقالات به‌صورت کیفی تحلیل و دسته‌بندی شدند تا چالش‌ها و روندهای اصلی شناسایی شوند.
یافتهها: نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که شوری تأثیرات منفی گسترده‌ای بر فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نیشکر دارد. در مراحل اولیه تنش شوری، گیاه به دلیل کمبود آب و ایجاد تنش اسمزی با کاهش جذب آب و بسته شدن روزنه‌ها مواجه می‌شود که منجر به کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد گیاه می‌شود. تجمع سدیم در سلول‌ها باعث ایجاد تنش یونی می‌شود که با تخریب غشاهای سلولی و کاهش فعالیت‌های آنزیمی همراه است. این فرایندها موجب پیری زودرس برگ‌ها و کاهش شدید غلظت ساکارز در ساقه‌های نیشکر می‌شوند، که تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول نهایی دارد. برای مقابله با این چالش‌ها، روش‌های مختلفی در سطح جهانی به‌کار گرفته شده‌اند. یکی از اصلی‌ترین روش‌ها، اصلاح ژنتیکی نیشکر از طریق روش‌های سنتی مانند انتخاب والدین مقاوم به شوری و انجام هیبریداسیون است. این روش‌ها امکان تولید ارقامی را فراهم می‌کنند که در شرایط شور مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. با این حال، به‌دلیل پیچیدگی‌های ژنوم نیشکر که شامل چندین مجموعه کروموزومی است، این فرآیند بسیار زمان‌بر است و گاهی 7 تا 12 سال برای تولید یک رقم مقاوم به شوری زمان نیاز دارد. همچنین، این پیچیدگی ژنتیکی باعث می‌شود که هر تلاقی هیبرید به‌صورت رویدادی منحصر به‌فرد و غیرقابل پیش‌بینی باشد، که این موضوع روند به‌نژادی را پیچیده‌تر می‌کند. در کنار روش‌های سنتی، رویکردهای نوین مولکولی به‌عنوان یکی از راهکارهای مهم اصلاح نیشکر در برابر شوری مطرح شده‌اند. ابزارهای مولکولی نظیر نشانگرهای مبتنی بر PCR و فناوری‌های ویرایش ژنومی مانند CRISPR می‌توانند با هدف قرار دادن ژن‌های کلیدی مقاومت به شوری و حذف یا تغییر ژن‌های حساس، به تولید ارقام نیشکر مقاوم به شوری کمک کنند. این روش‌ها نه‌تنها زمان لازم برای بهبود مقاومت را کاهش می‌دهند، بلکه امکان اصلاح دقیق‌تر و مطمئن‌تر را فراهم می‌کنند. علاوه بر اصلاح ژنتیکی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه (PGPBs) نیز به‌عنوان یک رویکرد مؤثر در کاهش اثرات شوری مطرح شده است. این میکروارگانیسم‌ها از طریق تولید هورمون‌های گیاهی مانند ایندول-3-استیک اسید (IAA) و سیتوکینین‌ها، بهبود تبادل مواد مغذی، و تنظیم ترکیبات محافظ اسمزی نظیر قند کل محلول (TSS) و پرولین، به افزایش مقاومت نیشکر در برابر شوری کمک می‌کنند. همچنین، این میکروب‌ها با تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، سیانید هیدروژن، و سایر ترکیبات ضدپاتوژن، از گیاه در برابر بیماری‌ها و عوامل محیطی محافظت می‌کنند. تحقیقات نشان داده است که استفاده از این میکروارگانیسم‌ها می‌تواند اثرات منفی شوری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد و عملکرد نیشکر را در شرایط شور بهبود بخشد. روش‌های omics مانند ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس، متابولومیکس و یونومیکس به‌عنوان ابزارهای مؤثر در شناسایی ژن‌ها و مسیرهای مولکولی مرتبط با تحمل به شوری شناخته شده‌اند. این تکنیک‌ها به محققان امکان می‌دهند تا الگوهای بیان ژنی تحت شرایط شوری را شناسایی کرده و راهکارهای جدیدی برای بهبود مقاومت نیشکر به شوری ارائه دهند. به‌ویژه، فناوری توالی‌یابی نسل جدید (NGS) نقش مهمی در این زمینه ایفا کرده و مطالعات ترنسکریپتوم بافت‌های مختلف نیشکر تحت شرایط تنش شوری را تسریع بخشیده است.
نتیجه‌گیری: در مجموع، نتایج این بررسی نشان می‌دهد که شوری به‌عنوان یکی از چالش‌های اصلی در تولید نیشکر، اثرات منفی گسترده‌ای بر رشد و عملکرد این گیاه دارد. با این حال، استفاده از روش‌های نوین اصلاحی، نظیر اصلاح ژنتیکی سنتی و مولکولی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه و بهره‌گیری از تکنیک‌های omics می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی مقاومت نیشکر به شوری را بهبود بخشد. با توجه به اهمیت بالای نیشکر در صنعت جهانی، تحقیقات آینده باید بر بهینه‌سازی این روش‌ها و توسعه راهکارهای جدید متمرکز شود تا از یک‌سو بهره‌وری و پایداری تولید نیشکر در مناطق شور افزایش یابد و از سوی دیگر بهبود کیفیت محصول نهایی تضمین شود.
مقدمه و هدف: نیشکر (Saccharum officinarum L. ، از خانواده Poaceae) یکی از مهم‌ترین محصولات اقتصادی جهان است که به‌دلیل تولید شکر، اتانول، بیوانرژی، و باگاس به‌صورت گسترده در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری کشت می‌شود. با توجه به نقش کلیدی نیشکر در تأمین انرژی‌های تجدیدپذیر و محصولات مشتق‌شده از آن، این گیاه در کانون توجه بسیاری از تحقیقات کشاورزی و صنعتی قرار دارد. اما یکی از مهم‌ترین چالش‌هایی که تولید نیشکر را به‌ویژه در مناطق شور تحت تأثیر قرار می‌دهد، تنش شوری است. شوری خاک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی، موجب کاهش رشد و عملکرد گیاه می‌شود و در سطح جهانی تهدیدی جدی برای تولید محصولات کشاورزی ایجاد می‌کند. تنش شوری تأثیرات منفی بسیاری بر رشد و توسعه نیشکر دارد؛ از جمله کاهش جذب آب، اختلال در متابولیسم و تجمع سدیم در بافت‌های گیاهی. در نتیجه، کاهش شدید عملکرد و کیفیت محصول در مناطقی که با شوری مواجه هستند، به یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کشاورزان و محققان تبدیل شده است. این مقاله مروری با هدف بررسی چالش‌های ناشی از شوری در نیشکر و ارائه راهکارهای نوین اصلاحی برای افزایش مقاومت این گیاه در برابر شوری تدوین شده است.
مواد و روش‌ها: این مطالعه مروری با استفاده از جستجوی سیستماتیک در پایگاه‌های داده علمی معتبر مانند PubMed، Scopus و Web of Science انجام شده است. ابتدا بیش از 100 مقاله که به موضوع شوری و نیشکر مرتبط بودند، مورد بررسی قرار گرفتند. معیارهای انتخاب مقالات شامل انتشار در مجلات معتبر با داوری همتا، مرتبط بودن با موضوع شوری و تمرکز بر روش‌های نوین اصلاحی بودند. پس از بررسی اولیه، مقالاتی که به‌طور خاص به راهکارهای نوین برای اصلاح نیشکر در برابر شوری پرداخته بودند، انتخاب و تحلیل شدند. اطلاعات استخراج‌شده از مقالات به‌صورت کیفی تحلیل و دسته‌بندی شدند تا چالش‌ها و روندهای اصلی شناسایی شوند.
یافتهها: نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که شوری تأثیرات منفی گسترده‌ای بر فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نیشکر دارد. در مراحل اولیه تنش شوری، گیاه به دلیل کمبود آب و ایجاد تنش اسمزی با کاهش جذب آب و بسته شدن روزنه‌ها مواجه می‌شود که منجر به کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد گیاه می‌شود. تجمع سدیم در سلول‌ها باعث ایجاد تنش یونی می‌شود که با تخریب غشاهای سلولی و کاهش فعالیت‌های آنزیمی همراه است. این فرایندها موجب پیری زودرس برگ‌ها و کاهش شدید غلظت ساکارز در ساقه‌های نیشکر می‌شوند، که تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول نهایی دارد. برای مقابله با این چالش‌ها، روش‌های مختلفی در سطح جهانی به‌کار گرفته شده‌اند. یکی از اصلی‌ترین روش‌ها، اصلاح ژنتیکی نیشکر از طریق روش‌های سنتی مانند انتخاب والدین مقاوم به شوری و انجام هیبریداسیون است. این روش‌ها امکان تولید ارقامی را فراهم می‌کنند که در شرایط شور مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. با این حال، به‌دلیل پیچیدگی‌های ژنوم نیشکر که شامل چندین مجموعه کروموزومی است، این فرآیند بسیار زمان‌بر است و گاهی 7 تا 12 سال برای تولید یک رقم مقاوم به شوری زمان نیاز دارد. همچنین، این پیچیدگی ژنتیکی باعث می‌شود که هر تلاقی هیبرید به‌صورت رویدادی منحصر به‌فرد و غیرقابل پیش‌بینی باشد، که این موضوع روند به‌نژادی را پیچیده‌تر می‌کند. در کنار روش‌های سنتی، رویکردهای نوین مولکولی به‌عنوان یکی از راهکارهای مهم اصلاح نیشکر در برابر شوری مطرح شده‌اند. ابزارهای مولکولی نظیر نشانگرهای مبتنی بر PCR و فناوری‌های ویرایش ژنومی مانند CRISPR می‌توانند با هدف قرار دادن ژن‌های کلیدی مقاومت به شوری و حذف یا تغییر ژن‌های حساس، به تولید ارقام نیشکر مقاوم به شوری کمک کنند. این روش‌ها نه‌تنها زمان لازم برای بهبود مقاومت را کاهش می‌دهند، بلکه امکان اصلاح دقیق‌تر و مطمئن‌تر را فراهم می‌کنند. علاوه بر اصلاح ژنتیکی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه (PGPBs) نیز به‌عنوان یک رویکرد مؤثر در کاهش اثرات شوری مطرح شده است. این میکروارگانیسم‌ها از طریق تولید هورمون‌های گیاهی مانند ایندول-3-استیک اسید (IAA) و سیتوکینین‌ها، بهبود تبادل مواد مغذی، و تنظیم ترکیبات محافظ اسمزی نظیر قند کل محلول (TSS) و پرولین، به افزایش مقاومت نیشکر در برابر شوری کمک می‌کنند. همچنین، این میکروب‌ها با تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، سیانید هیدروژن، و سایر ترکیبات ضدپاتوژن، از گیاه در برابر بیماری‌ها و عوامل محیطی محافظت می‌کنند. تحقیقات نشان داده است که استفاده از این میکروارگانیسم‌ها می‌تواند اثرات منفی شوری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد و عملکرد نیشکر را در شرایط شور بهبود بخشد. روش‌های omics مانند ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس، متابولومیکس و یونومیکس به‌عنوان ابزارهای مؤثر در شناسایی ژن‌ها و مسیرهای مولکولی مرتبط با تحمل به شوری شناخته شده‌اند. این تکنیک‌ها به محققان امکان می‌دهند تا الگوهای بیان ژنی تحت شرایط شوری را شناسایی کرده و راهکارهای جدیدی برای بهبود مقاومت نیشکر به شوری ارائه دهند. به‌ویژه، فناوری توالی‌یابی نسل جدید (NGS) نقش مهمی در این زمینه ایفا کرده و مطالعات ترنسکریپتوم بافت‌های مختلف نیشکر تحت شرایط تنش شوری را تسریع بخشیده است.
نتیجه‌گیری: در مجموع، نتایج این بررسی نشان می‌دهد که شوری به‌عنوان یکی از چالش‌های اصلی در تولید نیشکر، اثرات منفی گسترده‌ای بر رشد و عملکرد این گیاه دارد. با این حال، استفاده از روش‌های نوین اصلاحی، نظیر اصلاح ژنتیکی سنتی و مولکولی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه و بهره‌گیری از تکنیک‌های omics می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی مقاومت نیشکر به شوری را بهبود بخشد. با توجه به اهمیت بالای نیشکر در صنعت جهانی، تحقیقات آینده باید بر بهینه‌سازی این روش‌ها و توسعه راهکارهای جدید متمرکز شود تا از یک‌سو بهره‌وری و پایداری تولید نیشکر در مناطق شور افزایش یابد و از سوی دیگر بهبود کیفیت محصول نهایی تضمین شود.
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
اصلاح براي تنش هاي زنده و غيرزنده محيطي
دریافت: 1402/11/26 | پذیرش: 1403/10/1
دریافت: 1402/11/26 | پذیرش: 1403/10/1
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
