تحقیقات در صدد کشت برنج مقاوم به نمک در زمین صفر

پایگاه خبری DA1news: شوری یک مشکل کشاورزی است که به طور قابل توجهی بر تولید برنج تأثیر می گذارد و در مزارع در سراسر جهان گسترش می یابد. شیوه های آبیاری نامناسب، آب آبیاری ناکافی در فصول زراعی همراه با بارندگی کم، تبخیر زیاد، افزایش سطح آب های زیرزمینی شور و نفوذ آب شور در مناطق ساحلی از جمله دلایل مهم شوری هستند.

به گزارش گروه علمی اخبار روزانه کشاورزی، شوری تولید برنج را 30 تا 50 درصد کاهش می دهد. از آنجایی که این بحران رو به رشد زیست‌محیطی گریبانگیر بزرگترین کشورهای تولیدکننده و صادرکننده برنج جهان مانند ویتنام، تایلند، بنگلادش و هند است، آینده سیستم‌های کشاورزی و غذایی که میلیاردها نفر را تغذیه می‌کنند، تهدید می‌کند.

اما میلیون‌ها برنج‌کار خرده‌مالک که در امتداد نواحی ساحلی آسیا و آفریقا زندگی می‌کنند، از هم‌اکنون بار سنگین این بلای رو به گسترش را احساس می‌کنند.

آسیبی عظیم و ماندگار
شوری صدمات طولانی مدتی را وارد می کند که بر نسل های کشاورزان تأثیر می گذارد. در اکتبر 1999، یک فرورفتگی استوایی در دریای آندامان به تدریج به یک ابرطوفان به نام Paradip Cyclone تبدیل شد که به سمت هند در حال حرکت است. این شدیدترین سیستم آب و هوایی بود که در قرن بیستم به اودیشا حمله کرد.

برای بسیاری، آسیب های ناشی از طوفان تنها یک خاطره است. سیل ها فروکش کرده اند، ویرانه ها بازسازی شده اند، و زندگی هایی که به شدت قطع شده اند از سر گرفته شده اند.

با این حال، بیش از دو دهه بعد، کشاورزان برنج در منطقه ساحلی این ایالت در امتداد خلیج بنگال به زندگی با پیامدهای طوفان ادامه می دهند.

ژرم پلاسم اخیراً توسعه یافته است که با استفاده از تکنیک های اصلاحی پیشرفته و یک روش جدید آبیاری آب دریا برای غربالگری، تحمل به سطوح شوری بالا را نشان می دهد.

نمک زدایی زمین
راه‌های مختلفی برای مدیریت شوری در خاک وجود دارد، اما بیشتر آنها پرهزینه و خارج از دسترس کشاورزان فقیر برنج هستند. توسعه انواع محصولات مقاوم به نمک اقتصادی ترین راه حل است زیرا مستلزم استفاده کمتر از منابع است و هم عملی و هم از نظر اجتماعی قابل قبول است.

برنج نسبت به سایر محصولات در برابر شوری مستعدتر است و پرورش دهندگان در سرتاسر جهان در تلاش هستند تا گونه هایی را توسعه دهند که بتوانند در خاک های آسیب دیده رشد کنند. موسسات تحقیقاتی در 40 سال گذشته دستاوردهای زیادی در این زمینه داشته است و کشورهای مختلف انواع برنج مقاوم به نمک را که از ژرم پلاسم به دست آمده منشأ می گیرند، منتشر کرده اند.

تاریخ ژنتیکی تکرار نمی شود
یکی از تأثیرگذارترین نقاط عطف در پرورش برنج در سال 1991 رخ داد، زمانی که محققان ژن SUB1 را از یک نژاد بومی هندی نامشخص FR13A (FR مخفف “مقاوم در برابر سیل”) کشف کردند.

ژن SUB1 که برنج را قادر می سازد به مدت 14 روز در زیر آب زنده بماند، به چندین گونه محبوب و پرمحصول برای میلیون ها کشاورز فقیر در مناطق مستعد سیل در سراسر جهان که برای تولید برنج در فصل بارندگی بی استفاده می شوند، معرفی شده است.

در سال 2015، یکی از این گونه ها، Swarna-Sub1، به عنوان یک نوآوری مهم برای کمک به کشاورزان برنج در مناطق مستعد سیل در هند مورد استقبال قرار گرفت.

ژن نقطه عطف برای تولید برنج مقاوم به نمک سالتول است. این ژن تحمل شوری را به ویژه در مرحله گیاهچه ایجاد می کند. مانند SUB1، پرورش دهندگان ژن سالتول را در انواع مختلف برنج گنجانده اند. با این حال، یک ژن منفرد مانند سالتول نمی تواند تحمل معقولی در برابر شوری ایجاد کند و می تواند در مزارع کشاورزان مانند گونه های SUB1 رشد کند.

محققان می گویند ما مواد ژرم پلاسم مقاوم به نمک را برای آزمایش به بنگلادش و هند فرستادیم. ” و در سال 2021، از برخی از سایت های مزارع کشاورزان در بنگلادش بازدید به عمل آمد تا مواد چگونه کار می کنند. در کمال تعجب، همه مواد کاملاً مرده بودند. هیچ کدام جان سالم به در نبردند. قرار بود آنها به نمک مقاوم باشند اما در آن شرایط در کمربندهای ساحلی زنده نمانند.

یکی از چیزهایی که توجه محققان را در بازدید از مراکز پایلوت به خود جلب کرد، رشد بوته های برنج در جیب های کوچک بود. اما آنها بومی کشاورزان بودند. محققان از کشاورزان در مورد ارقام آزاد شده توسط مؤسسات دولتی سؤال کرد. گفتند اینجا رشد نمی‌کنند یا زنده نمی‌مانند، یا اگر رشد کردند، عملکرد بسیار پایینی داشتند.

استرس تولید شده در مقابل استرس دنیای واقعی
محققان تکنیک‌های غربالگری را برای تحمل نمک برنج توسعه دادند که در یک فیتوترون، نوعی گلخانه که در آن دما و رطوبت نسبی را می‌توان برای به حداقل رساندن فعل و انفعالات محیطی دستکاری کرد، انجام شد.

گیاهان در مراحل نهال، رویشی و زایشی غربال می شوند. آنها در شناورهای فوم پلی اتیلن در داخل یک جعبه پلاستیکی حاوی محلول مغذی نمکی با دقت فرموله شده قرار می گیرند. محلول مغذی نمکی با دقت تهیه می شود، هر عنصر دقیقاً اندازه گیری می شود و برای اطمینان از یکنواختی به شدت نگهداری می شود.

برخلاف محیط درون یک فیتوترون، طبیعت بر دنیای واقعی حاکم است. هیچ دستگیره و کلیدی برای خم کردن نیروهای آن به تنظیمات دلخواه وجود ندارد.

پرورش دهندگان از نمک های مصنوعی در آزمایش های غربالگری شوری در شرایط مدیریت شده استفاده کردند. نمک های مصنوعی شرایط واقعی تنش شوری در مزرعه کشاورز را تقلید نمی کنند.

شوری ممکن است در هر زمانی ایجاد شود. این در کنترل کشاورزان نیست. این می تواند در هر مرحله از رشد محصول اتفاق بیفتد. در شرایط آزمایشی، دوره های درمانی بسیار کوتاهی برای گیاهان به مدت یک یا دو هفته داده می شود و سپس ارزیابی می شود. ببینید آنها چگونه پاسخ دادند.”

محققان معتقدند: «این ایده در ذهن من شکل گرفت که برای توسعه واریته‌های برنج مقاوم به نمک که می‌توانند در این مزارع رشد کنند، باید شرایط مزارع را مطابقت دهیم.» آزمایش های کنترل شده یا مدیریت شده داستان واقعی مزارع کشاورزان را منعکس نمی کند.»

لذا ایده ایجاد مناطق غربالگری را به وجود آمد که گیاهان بتوانند واقعیت های خشن محیط های ساحلی را تجربه کنند.

زمین صفر برای پرورش برنج مقاوم به نمک
در حدود 132 کیلومتری شرق مانیل، شهرداری اینفانتا در استان کوئزون، فیلیپین، به‌خاطر مشروب نخل مقطر فیلیپینی، لامبانوگ، معروف است. مرز شرقی آن ساحلی است و تنگه پولیلو را لمس می کند و دارای استراحتگاه های ساحلی متعددی است.

بر اساس اعلام اداره زراعت، برنج در این شهرداری کشت می شود که میانگین برداشت آن در هر هکتار 2932 کیلوگرم است.

آب و هوای اینفانتا در طول سال می‌بارد و فصل بارانی آن از نوامبر تا آوریل مشخص است. با این حال، بلایای طبیعی، به ویژه طوفان هایی که هزاران کیلومتر دورتر در قلب اقیانوس آرام شکل می گیرند، غریبه نیست.

در سال 2004، اینفانتا به سرنوشتی مشابه اودیشا پنج سال قبل دچار شد. این شهر به شدت تحت تأثیر چهار سیستم آب و هوایی متوالی قرار گرفت: دو فرورفتگی استوایی و دو طوفان. اینها باعث سیل، رانش زمین و طوفان شد.

طوفان ها بلای جان زمین های کشاورزی ساحلی هستند. بادهای شدید آب دریا را بیشتر به داخل سوق می دهد و خاک را متلاشی می کند.

نقشه برداری ملی، خصوصیات و مناطق ساحلی تحت تأثیر شوری توسعه پایگاه داده فضایی برای مناطق ساحلی تحت تأثیر شوری توسط دفتر مدیریت خاک و آب گزارش می دهد که مناطق ساحلی اینفانتا از غیر شور تا شدید شور با بیش از 5300 هکتار متفاوت است. خاک نسبتا شور

از دیدگاه پرورش برنج مقاوم به نمک، اینفانتا زمین صفر است. دکتر حسین و تیمش با استفاده از رویکردی رادیکال که قبلا هرگز انجام نشده بود، تصمیم گرفتند پرورش برنج را متحول کنند.

اختراع مجدد خرد متعارف
اگرچه به نظر غیرقابل تصور است، آثار علمی منتشر شده بی‌شماری با استفاده از پروتکل غربالگری استاندارد به شکل‌گیری رویکرد تجدیدنظرطلبانه دکتر وسیم حسین، که رهبری برنامه جهانی اصلاح شوری و غرقابی برنج در مؤسسه تحقیقات بین المللی برنج را دارد در پرورش برنج مقاوم به نمک کمک کرد.

او و تیمش ادبیات را در IRRI و در سطح جهانی بررسی کردند و مقادیر عظیمی از تحقیقات منتشر شده در مورد ژن های مختلف برنج مرتبط با تحمل نمک را یافتند.

دکتر حسین گفت: “پرورش دهندگان درک درستی از مکانیسم های بیولوژیکی درون گیاهان به دست آورده اند. اما هر ژنی که از طریق غربالگری شرایط ایده آل یا آزمایش های گلخانه ای شناسایی شود، 0% ترجمه در این زمینه دارد.”

بنابراین، دکتر حسین و تیمش پروتکل تعیین شده برای قرار دادن گیاهان در معرض دوره های شوری کوتاه را کنار گذاشتند و آنها را در صورت عدم مرگ به عنوان متحمل طبقه بندی کردند.

آنها سایت آزمایشی را در فاصله 200 متری از ساحل راه اندازی کردند، جایی که آب دریا در هنگام جزر و مد بالا زمین را غرق می کند. در هنگام جزر و مد، از پمپ برای کشیدن آب از دریا برای آبیاری گیاهان استفاده می کنند.

روش غربالگری اختراعی آنها هزاران ژرم پلاسم برنج را از تلاش‌های اصلاحی قبلی در IRRI در معرض تیمارهای شوری نه در یک مرحله خاص بلکه در طول چرخه زندگی تا مرحله برداشت قرار داد.

دکتر حسین گفت: “محققان IRRI کار فوق العاده ای در ایجاد ژرم پلاسم مقاوم به نمک از بانک بین المللی ژن برنج انجام داده اند.” “من فکر می کنم این بزرگترین مزیت ماست. ژرم پلاسم قبلاً وجود داشت. تنها کاری که باید انجام داد قرار دادن آنها در شرایط واقعی و شناسایی بهترین ژنوتیپ های مقاوم به شوری بود. مانند یافتن سوزنی در انبار کاه است.”

ژنوتیپ به مجموعه کاملی از ژن های یک موجود زنده اطلاق می شود که در ترکیب با عوامل محیطی، ظاهر و رفتار آن را تعیین می کند.

او گفت: “بیش از سه سال طول کشید تا پروتکل آزمایش غربالگری نوآورانه آنها را در Infanta بهینه کنیم زیرا انجام آن در این زمینه آسان نیست.” “اما ما اکنون یک مرکز غربالگری بسیار قوی در آنجا داریم. وقتی می خواهیم گیاهان برنج مقاوم به نمک را شناسایی کنیم، آنها را در Infanta غربال می کنیم.”

بدعت علمی یا پروتکل آینده؟
این نوع تفکر خارج از چارچوب باعث شد که سایر پرورش دهندگان در کمال ناباوری سر خود را تکان دهند. به چالش کشیدن هر تعصبی همیشه باعث واکنش منفی می شود و برای کسانی که دیدگاه های مخالف دارند هزینه دارد.

اما آبیاری برنج با آب دریا؟

دکتر حسین گفت: «به ما گفته شد که رویکرد ما بسیار اشتباه است. “ما انتقادات زیادی از مردم دریافت کردیم که به ما می‌گفتند نمی‌توانیم برنج را در آب دریا بکاریم زیرا گیاهان را می‌کشیم. برنج هالوفیت (محمل به نمک) نیست و کشت برنج در آب دریا غیرممکن است. اما هدف ما رشد نکردن بود. ما در تلاش بودیم تا مشخص کنیم که کدام ژنوتیپ در شرایط تنش شوری واقعی قرار می گیرد.

اولین خطوطی که تیم شناسایی کردند و ژرم پلاسم جدید را از طریق تلاقی ایجاد کردند، در مرحله آزمایش آزمایشات در حال انجام در هند و بنگلادش هستند.

دکتر حسین گفت: “فکر می کنم آنها اجرا خواهند کرد.” در سه یا چهار سال دیگر، من انتظار دارم گونه‌های مقاوم به نمک مناسب برای اکولوژی‌های ساحلی آسیا و آفریقا که از ژرم پلاسم تازه شناسایی‌شده ما در نوزادان سرچشمه می‌گیرند. اما آزمون واقعی در مزارع کشاورزان آغاز خواهد شد.”

 

ترجمه: مجید میری