گیاهان در طول خشکسالی‌های تابستانی بسیار آسیب می‌بینند که این موضوع میتواند منجر به از دست رفتن میلیاردها دلار محصول و افزایش نیاز به آبیاری شود. کاهش بهره‌وری در کشاورزی، کمبود مواد غذایی و افزایش قیمت‌ها از پیامدهای این شرایط است. این داستان آشنا است، اما به نظر می‌رسد به زودی تغییر کند.
محققان دانشگاه ایالتی کلرادو، دانشگاه کلرادو و وزارت کشاورزی ایالات متحده آمریکا نشان داده‌اند که گیاهان می‌توانند بدون دخالت خارجی، خودشان از خشکسالی شدید بهبود یابند. این فرایند که «بازپر شدن» یا “refilling” نام دارد، سال‌ها محل بحث دانشمندان گیاه‌شناس بود، اما پژوهش جدید اثبات می‌کند که این اتفاق به طور طبیعی در گیاهان رخ می‌دهد.
علم پشت بهبود گیاهان
زمانی که گیاهان خشک می‌شوند، آسیب‌های جدی در بخش‌های داخلی آن‌ها رخ می‌دهد. سیستم انتقال آب در گیاه که به «آوند چوبی» یا xylem معروف است، توسط حباب‌های گازی مسدود می‌شود. این حباب‌ها که به «امبولیسم» شناخته می‌شوند، مانع جریان آب در گیاه می‌شوند در بسیاری از گیاهان، بهبود پس از تشکیل این امبولیسم‌ها دشوار یا حتی غیرممکن است. دانشمندان سال‌ها درباره این موضوع بحث کرده‌اند که آیا گیاهان قادر به پاکسازی این انسدادها به طور طبیعی هستند یا خیر. برخی آزمایش‌ها نشان می‌دادند که چنین اتفاقی ممکن است، اما روش‌های استفاده شده در آن‌ها سوال‌برانگیز بود.
مطالعات سنتی اغلب شامل قطع گیاهان و وارد کردن آب به بافت‌ها تحت فشارهای غیرطبیعی بود که این می‌توانست نتایج غیرواقعی ایجاد کند برای حل این بحث، تیم تحقیقاتی دانشگاه‌های کلرادو و وزارت کشاورزی آمریکا رویکردی متفاوت را انتخاب کردند. آن‌ها از دستگاه میکرو-سی‌تی (Micro-CT Scanner)، نوع پیشرفتهای از اشعه ایکس، استفاده کردند تا بدون آسیب به گیاهان، فرایندهای داخلی آن‌ها را به صورت زنده و در حال وقوع مشاهده کنند.
نتایج بسیار جالب بود. در عرض ۲۴ ساعت پس از آبیاری، نوعی علف وحشی که به شدت خشک شده بود، توانست امبولیسم‌ها را کاملاً از بین ببرد و سیستم انتقال آب آن که تقریباً به طور کامل مسدود شده بود، به طور کامل بازگردد شان گلیسون، پژوهشگر وزارت کشاورزی آمریکا و عضو دانشگاه ایالتی کلرادو، گفت:«این نخستین شاهد قانع‌کننده از بازگشت یا بازپر شدن امبولیسم در یک گونه گیاهی آوندی است که پس از آن، گیاه به طور کامل به عملکرد طبیعی بازگشته است.»
اهمیت این یافته برای محصولات کشاورزی
این کشف پیامدهای بزرگی دارد. اگر دانشمندان بتوانند مکانیزم‌های ژنتیکی پشت فرایند بازپر شدن را درک کنند، می‌توانند محصولاتی را پرورش دهند که بهتر بتوانند در برابر خشکسالی مقاومت کنند تیم تحقیقاتی هم‌اکنون به دنبال یافتن گیاهان دیگر با این ویژگی است. هدف آن‌ها شناسایی محرک‌های ژنتیکی است که باعث بازپر شدن می‌شوند. پس از شناسایی، می‌توان این ویژگی‌ها را به محصولات کشاورزی انتقال داد.
تروی اوچلتری، استاد دانشگاه ایالتی کلرادو، گفت:«اگر گیاهان بتوانند به سرعت از خشکسالی با فرایند بازپر شدن بهبود یابند، می‌توان مقداری از ضررهای وارد شده در سال‌های خشک را جبران کرد.»او همچنین افزود که این موضوع ممکن است به انعطاف‌پذیری بیشتر در زمان‌بندی و مقدار آبیاری کمک کند، هرچند که نیاز به تحقیقات بیشتری در این زمینه وجود دارد.
یک گیاه مقاوم که در مقابل چشمان ماست؛ تجهیزات کلیدی در این کشف
این گیاه نمونه‌ای که این نظریه را اثبات کرد، در مزرعه‌ای سرسبز یا گلخانه‌ای پیدا نشد، بلکه در یک پارکینگ و در شکاف‌های آسفالت داغ و خشک رشد کرده بود تیم تحقیقاتی، شامل جرد استوارت و دانشجویان فارغ‌التحصیل برندان آلن و استفانی پولوتچکو، این علف را به خاطر مقاومت بالایش انتخاب کردند.
پس از یک خشکسالی طولانی، این علف تقریباً مرده به نظر می‌رسید و تا ۸۸ درصد آوندهای آن مسدود شده بودند، اما پس از آبیاری، سیستم آوندی آن در عرض یک شب کاملاً بهبود یافت تا کنون این علف وحشی تنها گونه‌ای است که به طور طبیعی توانایی بازپر شدن دارد، اما محققان معتقدند که ممکن است گیاهان دیگری نیز با این توانایی وجود داشته باشند.
تروی اوچلتری گفت:«ما نمی‌دانیم این ویژگی چقدر رایج است، اما اینکه ما یک گیاه در پارکینگ یافتیم که این کار را انجام می‌دهد، به ما امید می‌دهد که ممکن است گیاهان دیگری هم باشند که این توانایی را دارند. این کشف طرز فکر ما را تغییر می‌دهد.»بخش مهمی از موفقیت این مطالعه به استفاده از دستگاه میکرو-سی‌تی متعلق به دانشکده دامپزشکی و علوم زیست‌پزشکی دانشگاه ایالتی کلرادو بازمی‌گردد.
این دستگاه که معمولاً برای تصویربرداری حیوانات کوچک استفاده می‌شود، اشعه کمتری نسبت به دستگاه‌های معمول سی‌تی تولید می‌کند و این امکان را به محققان داد که گیاهان را بارها اسکن کنند بدون اینکه آسیبی به آن‌ها وارد شود.حمایت کارکنان آزمایشگاه نیز بسیار مهم بود. نیکول ارهارت، مدیر مرکز سلامت سالمندی دانشگاه ایالتی کلرادو، و لورا چاب، تکنسین آزمایشگاه، نقش کلیدی ایفا کردند. چاب ابتدا گیاهان را اسکن کرد و سپس آموزش استفاده از دستگاه را به گلیسون داد.
ارهارت گفت:«مقاومت این علف ساده که سیستم آوندی‌اش را در یک شب بازسازی می‌کند، هم شگفت‌انگیز و هم بسیار تاثیرگذار بود. همکاری‌هایی مانند این به ما یادآوری می‌کند که چگونه ابزارهایی که برای تحقیقات زیست‌پزشکی توسعه یافته‌اند، می‌توانند در پاسخ به سوالات بنیادی درباره زندگی کاربرد داشته باشند. ما بسیار خوشحالیم که در چنین علمی تاثیرگذار مشارکت داشتیم.»
پرورش گیاهان مقاوم به خشکسالی
این کشف افق‌های جدیدی را پیش روی محققان باز می‌کند. با تحقیقات بیشتر، ممکن است گونه‌های بیشتری با توانایی بازپر شدن شناسایی شوند کارشناسان می‌توانند این ویژگی‌های مقاوم به خشکسالی را در محصولات کشاورزی پرورش دهند – گامی مهم برای بهبود امنیت غذایی و کمک به کشاورزان در مواجهه با تغییرات اقلیمی فعلاً، یک علف کوچک مقاوم که در پارکینگ رشد می‌کند، نشان داده است که بهبودی از خشکسالی فقط یک امکان نیست بلکه واقعیت دارد.
با وجود این کشف امیدوارکننده، هنوز مسیر طولانی برای انتقال این دانش به مزارع و کشاورزی صنعتی وجود دارد. محققان باید ژن‌ها و مسیرهای مولکولی که باعث بازپر شدن می‌شوند را دقیق‌تر شناسایی کنند و بررسی کنند چگونه می‌توان این ویژگی را به گونه‌های زراعی منتقل کرد. همچنین نیاز است تا تأثیر این فرایند بر میزان مصرف آب، رشد محصول و مقاومت کلی گیاه در شرایط مختلف محیطی مورد ارزیابی قرار گیرد.
نقش تغییرات اقلیمی و نیاز به راهکارهای نوین
با شدت گرفتن تغییرات اقلیمی و افزایش دفعات وقوع خشکسالی در بسیاری از مناطق جهان، پیدا کردن راهکارهای طبیعی و پایدار برای حفاظت از محصولات کشاورزی اهمیت فزاینده‌ای یافته است. این یافته جدید میتواند به توسعه گیاهان مقاوم‌تر به خشکی کمک کند و به کشاورزان این امکان را بدهد که با کاهش مصرف آب، بازدهی محصول خود را حفظ کنند.
پیش‌بینی می‌شود که با پیشرفتهای بیشتر در زمینه زیست‌فناوری و مهندسی ژنتیک، روزی بتوان گیاهانی ساخت که خودشان توانایی بازسازی سیستم انتقال آب‌شان را داشته باشند و در برابر خشکسالی مقاومت بالایی از خود نشان دهند. این امر میتواند به کاهش وابستگی به آبیاری مصنوعی، کاهش هزینه‌ها و افزایش پایداری کشاورزی منجر شود.
کشف توانایی بازپر شدن طبیعی در گیاهان، به ویژه در گونه‌ای ساده و مقاوم که در شرایط سخت شهری هم دوام آورده، نشان می‌دهد که طبیعت راه‌حل‌های شگفت‌انگیزی برای مقابله با مشکلات پیچیده مانند خشکسالی دارد. این یافته امید می‌دهد که بتوان با کمک علوم نوین و شناخت بهتر فرایندهای زیستی، آینده‌ای پایدارتر و امن‌تر برای تأمین غذای جهان رقم زد.
بیشتر بدانیم: گیاهان آگاو؛ پاسخ طبیعت به حفظ منابع آبی
لینک منبع: earth
نظرات کاربران