نخستین قدم ها برای کشت گیاه در زمین های شور/ کشت گیاهانی که نمک را تاب می آورند

فرسایش خاک مشکلی محسوب می شود که مواد مغذی مورد مصرف انسان ها را به خطر می اندازد. یکی از ابعاد آن نمکی شدن خاک است که به ویژه مناطق خشک زمین را تحت تاثیر قرار می دهد، جایی که کشاورزان مجبورند زمین های خود را به شدت آبیاری کنند. مقدار زیاد نمک حل نشده در آب، مانند سدیم و کلوراید در خاک پخش می شوند و بعد ازاینکه آب تبخیر می شود همانجا باقی می مانند. نمک جلو رشد محصولات را می گیرد و حتی در طولانی مدت می تواند خاک را غیر بارور کند.

به گزارش ایانا از سایت "ساینس دیلی"، پروفسور راینر هدریک، دانشمند گیاهان در دانشگاه جولیوس ماکسیمیلیانوس ( JMU ) وورزبورگ در بایرن آلمان می گوید: "تمام رویکردهای مربوط به کشت گیاهان تحمل کننده ی نمک تا امروز، باید کمابیش به عنوان شکست در نظر گرفته شوند". هدف تمام آنها ایجاد رشد گیاهان در خاک شور و شناسایی گونه های های پرورشی تحمل کننده نمک در این فرآیند بود. اما این رویکرد نمی تواند کارگر باشد.

هدریک توضیح می دهد که دلیل آن تا امروز این است: "محصولات کشاورزی ما نتیجه هزاران سال کشت هستند. در طول این زمان، انسان آن ها را از تقریبا تمام تاثیرات محیطی منفی حفظ کرده است، در نتیجه آن ها بسیاری از انعطاف پذیری های طبیعی خود را از دست داده اند". "به محض این که این گونه های نخبه با نمک بسیار زیاد در تماس قرار گیرند، معمولا می میرند".

گیاهان مقاوم در مقابل نمک به عنوان مدل استفاده می شوند

بنابراین راینر هدریک، به همراه پروفسور سرگئی شابالا (دانشگاه تاسمانیا) برای توسعه ی یک استرتژی جدید شروع به کار کردند. این دو دانشمند بر روی گیاهانی که به طور طبیعی نمک را تحمل می کنند کار کردند.

یکی از این گیاهان کوینولا است. از کوه های آند می آید، جایی که آن را به عنوان غذا برای ۷۰۰۰ استفاده می کردند. در این میان، دانه های این شبه غله ی آمریکای جنوبی که گلوتن ندارد و غنی از ویتامین هاست، راه خود را به قفسه های سوپر مارکت اروپایی یافته است.

این گیاه نمک را از خاک جذب می کند و آن را در سلول های بادکنکی شکل در سطح برگ ها ذخیره می کند. این کار از فرآیندهای متابولیکی حساس به نمک محافظت می کند و گیاه می تواند حتی در خاک های شور به خوبی رشد کند.

بدون وجود سلول های بادکنکی، کوینولا از فشار نمک رنج خواهد برد.

این پژوهشگران راهی آسان برای اثبات اینکه این واقعا سلول های بادکنکی هستند که تحمل گیاه در مقابل نمک را تضمین می کنند یاقته اند. پروفسور شابالا می گوید «کشیدن تنها چند برس نرم بر روی برگ های کوینولا باعث می شود سلول های بادکنکی از بین بروند». با از بین بردن سلول های بادکنکی نگه دارنده نمک آنها، این گیاهان در خاک های غیر شور درست مانند گونه هایی که سلول های آنها از بین نرفته است رشد می کنند. اما قرار گرفتن در معرض نمک معمولی، جلوی رشد آنها را به طور قابل توجهی می گیرد.

دور سلول های بیضی بادکنکی شکل کوینولا قطری حدود نیم میلی متر دارد. آنها در پادشاهی گیاهان، غول های واقعی هستند و معمولا می توانند با چشم غیر مسلح دیده شوند. گنجایش ظرفیت آنها تا هزار برابر بیشتر از هر نوع سلول نرمال بر روی سطح برگ است.

قیمت دفع نمک، شکر است

برای بدست آوردن بینشی نسبت به "سیستم عامل" کوینولا و سلول های بادکنکی آن، کار گروهی پروفسور ژیان-کانگ ژو (دانشگاه شانگ های) از DNA این غله ی کوه های آند رمزگشایی کرد. سپس تیم پروفسور هدریک ژن های فعال برگ ها و سلول های بادکنکی را با هم مقایسه کردند. تحلیل های بیوانفورماتیک ضروری توسط متخصصان دانشگاه شانگهای و تیم جورج هربر از مرکز هلموهولتز در مونیخ انجام شد.

نتیجه: حتی بدون از بین بردن نمک، ژن هایی وجود دارند که در سلول های بادکنکی کار می کنند که در گونه های دیگر تنها زمانی فعال می شوند که گیاه تحت فشار باشد. آنها شامل انتقال دهندگانی می شوند که یون های سدیم و کلوراید را به سلول های بادکنکی می برند. برانگیخته شدن با نمک، موجب فعال شدن ژن های بیشتر مورد نیاز برای حفظ مسیر سیگنالی برای هورمون استرس ABA می شود.

هدریک توضیح می دهد:"ذخیره کردن نمک انرژی می برد. این انرژی توسط سلول های بادکنکی از مولکول های شکر تولید می شود که آنها به این منظور به طور ویژه از برگ وارد می شوند. سلول های بادکنکی انرژی مورد نیاز را از برگ می گیرند و با جذب نمک سمی معامله به مثل می کنند".

پیوند زدن گیاهان تحمل کننده نمک به محصولات کشاورزی

این یافته های جدید در مجله ی گزارش سلولی چاپ شده است. آنها قرار است در طولانی مدت برای پرورش گیاهان تحمل کننده نمک استفاده شوند. پروفسور هدریک می گوید:"اولین قدم برداشته شده است". "ما اکنون از ترکیبی از ژنتیک های در حال توسعه و تحلیل کارکردی پروتئین های حمل کننده نمک استفاده می کنیم تا مکانیزم های مولکولی را که تحمل نمک را در کوینولا ایجاد و حفظ می کنند بفهمیم".

تیم پژوهشی دانشگاه JMU می خواست گونه های کوینولا را که مجهز به تعداد بسیار زیاد یا بسیار کم سلول های بادکنکی هستند کشف کند. این دانشگاه یک استخر بزرگ دارد: حدود ۲۰۰۰ گونه های وحشی و کشت شده از گیاهانی از کوه های آند که تاکنون شناخته شده اند. آخرین نتایج از کار آنها می تواند نه تنها کشت گونه های کوینولا با تحمل نمک حتی بیشتر باشد بلکه همچنین پیوند ژن های تحمل کننده نمک به محصولات کشاورزی خویشاوند مانند چغندر قند و اسفناج باشد.

مترجم: بهاران پدرام