اهمیت بیوتکنولوژی گیاهی

در چنین شرایطی، فناوریهایی مورد نیاز هستند که قابلیت تولید گیاهان، دام‏ها و بطور کلی موجوداتی با ویژگی‌های برتر را داشته باشند، گیاهانی با قابلیت تحمل به تنش‏های زیستی و بطور اخص شوری و خشکی تولید کنند، دام‏ها را به شیوه‏ای دقیق و کیفی در مقابل بیماریهای مهلک ایمن نمایند و در نهایت امنیت غذایی و به تبع آن امنیت اقتصادی و اجتماعی را به ارمغان آورند. نمونه بارز چنین فناوریهایی، "فناوری زیستی (بیوتکنولوژی)" است که قابلیت بهبود ژنتیک گیاهان زراعی و باغی، دام‏، آبزیان و بطور کلی سازواره‏ها( ارگانیزم‌ها) و ریزسازواره‏ها (میکروارگانیزم‌ها) را داراست.

دستاوردها و تحولات گسترده علمی و تکنولوژیک جهان که در نیمه دوم قرن بیستم (از اواسط دهه 1970 میلادی) به خصوص در حوزه علوم و فناوری ‌زیستی به وقوع پیوست، نویدبخش توانمندی‌های جدیدی در این عرصه بود و امروزه امیدهای فراوانی را در دل دولتمردان کشورهای جهان ایجاد کرده است. بیوتکنولوژی و فناوری ژن با ارایه مسیرهای راهبردی، این امید را به‌وجود آورده‌اند که می‌توان جهان را از کابوس فقر و گرسنگی رها ساخت و امنیت غذایی و بهداشتی را برای جهانیان به ارمغان آورد. بنابراین بشر امروزه با بهره‌گیری از دانش ژنتیک، به قابلیت‌های شگفت‌انگیز طبیعت و موجودات زنده پی برده و بر آن است تا از همین قابلیت‌های ذاتی برای رفع معضلات زیستی استفاده کند.

بر اساس پیش‏بینی‏های بسیاری از متخصصین و صاحب‌نظران از جمله انجمن بین‏المللی علم و توسعه، جمعیت جهان در سال 2050 به 11 میلیارد نفر خواهد رسید و میزان تولیدات غذایی باید در آن زمان به سه برابر مقدار کنونی افزایش یابد که بدون فناوری زیستی میسر نخواهد بود. بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک می‌تواند در جهت بهره‏وری بیشتر از منابع زیستی، حفظ محیط ‏زیست و در نتیجه توسعه پایدار مؤثر واقع شود.

 ابعاد اقتصادیبیوتکنولوژی در حوزه کشاورزی

ابعاد اقتصادی بیوتکنولوژی در حوزه کشاورزی بسیار چشمگیر بوده است. بسیاری از صاحب‌نظران معتقدند سده بیست­ویکم، قرن حاکمیت و شکوفایی فناوری زیستی است و این فناوری را عامل دومین انقلاب سبز در آینده به حساب مییآورند. به مدد این فناوری نوین، پتانسیل قابل‌توجهی در علوم زیست‏شناسی پایه، صنایع کشاورزی، پزشکی و داروسازی، فرآوری غذایی و صنایع شیمیایی پدید آمده است.

کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی به خصوص برای کشورهای در حال توسعه، چشم‌انداز روشن و بسیار امیدوار‌کننده‌‌ای ترسیم نموده است. طبق‌ مطالعه‌ای‌ که‌ در سال‌ 1985 صورت‌ گرفت‌، تأثیر بیوتکنولوژی‌ بر کشاورزی در کشورهای‌ در حال‌ توسعه‌، در سال‌ 2008 احساس‌ خواهد شد. طبق‌ گزارش‌ سازمان‌ همکاری‌ و توسعه‌ اقتصادی‌ (OECD) در دهة‌ 1980، میزان‌ اکتشافات‌ در مورد بیوتکنولوژی‌ موادغذایی‌ و کشاورزیی، سریع‌تر از آن‌ بود که‌ تصور می ‌رفت‌. بازار جهانی بیوتکنولوژی کشاورزی در سال 1997 حدود 4 میلیارد دلار بود و در سال 2002 حدود 4،8 میلیارد دلار پیش‌بینی شده است. امروزه دولت‌ها و صنایع به این نتیجه رسیده‌اند که باید‌ مردم‌ را بیشتر با بیوتکنولوژی‌ کشاورزیی آشنا کنند و برای این‌‌کار، همکاری‌ متخصصین‌ و علاقه‌مندیی غیرمتخصٌین‌ و اعتماد مردم‌ را لازم‌ می‌دانند‌.

بیوتکنولوژی امکاناتی را فراهم می‏آورد که از طریق روش‏های سنتی قابل دسترس نیستند. لذا بکارگیری این فناوری در کشاورزی میتواند با هدف بهره‏وری بیشتر از منابع موجود، کشاورزی پایدار، سلامت محیط‏زیست و در جهت کمک به روش‏های سنتی "به‏نژادی"، موثر واقع شود. به طور کلی، استفاده از فناوری ‌زیستی در کنار روش‏های سنتی (کلاسیک) باعث تسریع در دستیابی به اهداف "به‏نژادی" و تأمین احتیاجات کمی وکیفی بشر در آینده خواهد‏ بود. در عین حال هیچگاه نباید این فناوری به عنوان جایگزین روش‏های سنتی و معمول "به‏نژادی" قلمداد شود، بلکه این دو مکمل یکدیگر هستند.

 حوزه­های مختلف بیوتکنولوژی گیاهی نوین

به‌طور کلی بیوتکنولوژی نوین از سه ابزار مهم زیر در زمینه کشاورزی بهره می‌گیرد:

الف) مهندسی ژنتیک و  DNAنوترکیب

 گیاهان تراریخته و اهمیت اقتصادی آن‌ها

مثالهایی از کاهش خسارات آفات

زمینه­های مختلف کاربرد گیاهان تراریخته

 ب) کاربرد نشانگرهای مولکولی

 ج) کشت سلول‌ها و بافت‌های گیاهی

 برخی کاربردهای کشت بافت گیاهی

 الف) مهندسی ژنتیک و DNA نوترکیب

مهندسی ژنتیک، پیچیده‌ترین شاخه بیوتکنولوژی است که روش‌‌های مبتنی بر ژنتیک سلولی و مولکولی، نشانگرهای مولکولی، کشت سلول و بافت، میکروبیولوژی و بیوشیمی را در بر می‌گیرد. به طورکلی مهندسی ژنتیک شامل استفاده از روش‌های انتخاب ژن موردنظر، جداسازی، خالص‌سازی، تکثیر و انتقال ژن‌ها و ارزیابی بروز آن‌ها در موجود زنده می‌‌باشد. این فناوری امکاناتی را فراهم می‌آورد که با روش‌های سنتی (کلاسیک) امکان‌پذیر نیست.

مهندسی ژنتیک با رفع مشکل محدودیت تلاقی‌های جنسی توانسته است انتقال مستقیم و سریع ژن‌های جدید یا تغییریافته از منابع مختلف شامل گونه‌های گیاهی، حیوانات،‌ باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به یکدیگر و از جمله گیاهان را فراهم آورد؛ در حالی که این کار با روش‌های معمول و کلاسیک به‌نژادی امکان‌پذیر نیست. این فناوری حتی ‌میتواند ژن‌های مصنوعی طراحی نماید و به موجودات انتقال دهد. بنابراین تنوع در خزانه ژنی (gene pool) را افزایش میدهد.

به طور کلی دامنه مطالعات و کاربردهای مهندسی ژنتیک شاملموارد زیر می‌‌باشد:

 مطالعات بنیادی در زمینه زیست­شناسی پایه و از جمله شناسایی، جداسازی و شناخت اجزاء ژن و عمل آن‌ها، چگونگی فعالیت رونویسی، ترجمه و ابراز (بیان) ژن‌ها و بررسی فرآورده پروتئینی آن‌ها، یکی از مهمترین نقاط تمرکز پژوهش‌های مهندسی ژنتیک می‌‌باشد.

تولید کاوشگرهای تشخیصی (diagnostic probes) جهت شناسایی توالی‌‌های مشابه که در مطالعات بیوتکنولوژی و همچنین تشخیص صفات از قبیل مقاومت و یا حساسیت به آفات و بیماری‌ها و شناخت ارقام هر گیاه کاربرد دارد.

تراریزش یا انتقال ژن به روش‌های مهندسی ژنتیک (transformation) و تولید گیاهان و جانوران تراریخته transgenic دارای صفات جدید و یا تغییریافته، امروزه یکی از مهمترین و کاربردی ‌ترین استفاده‌های مهندسی ژنتیک در کشاورزی می‌‌باشد و گیاهان تراریخته می‌توانند جهت استفاده‌های مستقیم یا غیرمستقیم غذا، علوفه‌ و الیاف بکار روند و یا اینکه در برنامه‌های به‌نژادی، تولید مواد دارویی و صنعتی استفاده شوند.

گیاهان تراریخته (Transgenic Plants) و اهمیت اقتصادیآن‌ها

فنون دست‌ورزی ژنتیکی گیاهان در اوایل دهه 80 میلادی ابداع گردید و نتایج کاربردی آن از اوایل دهه 90 با ایجاد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات، بیماری‌ها و علف‌کش‌ها به ثمر نشست. اکنون حدود دو دهه از پیدایش فنون دی‌ان‌‌آی نوترکیب و مهندسی ژنتیک گیاهی می‌گذرد. در این مدت سرمایه‌گذاری‌های هنگفت و تلاش فراوانی در نقاط مختلف دنیا برای توسعه و بهبود این فنون جهت دستیابی به اهداف موردنظر به‌عمل آمد. مهندسی ژنتیک، انقلاب سبزی را برای بهبود کمی و کیفی محصولات کشاورزی و غلبه بشر بر گرسنگی و فقر غذایی بنیان نهاده است.


دانشمندان با دست‌کاری ژن‌های یک گیاه، جانور و میکروارگانیسم، نژادهای تراریخته‌ای از آن را به وجود می‌آورند که نسبت به نژاد طبیعی، به آفات و بیماری‌ها و یا سموم مقاوم بوده، ‌‌یا برخی عناصر غذایی و ویتامین‌ها را که نوع طبیعی فاقد آن است، تولید می‌نماید. لذا این قبیل گیاهان یا جانوران، محصول بیشتر و با کیفیت بهتری تولید می‌کند. در دهه آینده امید می‌رود با استفاده از گیاهان زراعی تراریخته، افزایش عملکرد از 10 به 25 درصد برسد.

از سال‌های‌ 1982 و 1983 که‌ اولین‌ انتقال موفقیت‌آمیز ژن‌ها به سلول‌های گیاهی انجام شد، سرعت پیشرفت ایجاد گیاهان تراریخته افزایش یافت‌. اولین آزمایش مزرعه‌ای گیاهان تراریخته در سال 1986 در کشور فرانسه انجام گرفت. اما استفاده عملی از گیاهان تراریخته، زمانی آغاز شد که کشور چین تنباکو و گوجه‌فرنگی تراریخته مقاوم به ویروس را در پایان‌ سال‌ 1992 برای عرضه در بازار تصویب نمود و سپس گوجه‌فرنگی با قابلیت انبارداری بیشتر توسط شرکت کالگن آمریکا در سال 1994 معرفی شد. امروزه تولید گیاهان تراریخته از عمده‌ترین کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی می‌باشد. در حال حاضر، انتقال ژن از طریق مهندسی ژنتیک و تولید گیاهان تراریخته در مواردی همچون مقاومت به آفات، بیماری‌ها، علف‌کش‌ها، بهبود کیفیت پروتئین و روغن و غیره در بیش از 60 گیاه زراعی، باغی و زینتی حاصل شده است و تعداد آن‌ها با سرعت زیادی روز به روز افزایش می‌یابد.

سطح زیرکشت این قبیل گیاهان در جهان طی سال‌های اخیر با روند تصاعدی افزایش یافته و از سال 96 تا 2001 حدود 30 برابر شده است (جدول 1). اکنون بیش از 25 درصد سطح‌کشت جهانی گیاهان تراریخته در کشورهای در حال توسعه قرار دارد. شمار کشورهایی که گیاهان زراعی تراریخته را کشت می‌کنند، از یک کشور در سال 1992 به چهارده کشور در سال‌ 2002 افزایش یافته ‌است.

میزان فروش محصولات گیاهان تراریخته طی سال‌های 1995 تا 2000 به‌سرعت افزایش یافت. بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال 2001 از مرز سه میلیارد دلار گذشت و پیش‌بینی می‌‌شود که در سال 2005 و 2010 به ترتیب تا حد 6 و 20 میلیارد دلار افزایش یابد. سود حاصل از گیاهان تراریخته طی سال 1999 حدود 700 میلیون دلار بود که بیش از دو میلیون کشاورز از آن بهره‌مند شده‌اند. در سال 2001 حدود پنج­و­نیم میلیون کشاورز از کشت این قبیل گیاهان بهره برده‌اند.لذا اکنون مقبولیت گونه‌های جدید زراعی، باغی و حتی دام‏های تراریخته نزد کشاورزان افزایش یافته است و این خود موضوعی است که دانشمندان را به سوی تولید فرآورده‏های نوین و با قابلیت‏های بیشتر سوق می‏دهد.

پیش‌بینی می‌‌شود که در سال 2025 حدود 1،6 میلیارد نفر در جهان از طریق مهندسی ژنتیک غلات تغذیه خواهند نمود. شرکت زنکا (Zeneca) معتقد است که بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال 2020 به 75 میلیارد دلار خواهد رسید، لذا سرمایه‌گذاری در این زمینه را از 20 میلیون دلار در سال 97 به 60 میلیون در سال 98 افزایش داد. شرکت نوارتیس سوئیس نیز حدود 20 میلیون دلار طی سال‌های 99 و 2000 برای گسترش ساختمان موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی خود هزینه نمود.


کاهش هزینه کشاورزان از طریق کنترل بهینة آفات، بیماری‌ها، علف‏های هرز، کاهش مصرف سموم و افزایش کمیت و کیفیت محصول، از جمله مزیت‌های حاصل از کاربرد گیاهان تراریخته (تغییریافتة ژنتیک) می‌باشد. گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و بیماری‌های شایع و خسارت‌زا قادرند خسارات سالیانه 30 درصدی محصولات کشاورزی را کاهش دهند؛ در نتیجه امروزه شاهد رویکرد کشاورزان در کشورهای صنعتی به سوی کاشت و بهره‏برداری از این قبیل گیاهان هستیم. کاشت این‌گونه گیاهان، هزینه‌های مبارزه شیمیایی و کاربرد سموم دفع آفات نباتی را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر صدمات وارده به منابع زیستی مثل خاک و آب‌های زیرزمینی را به حداقل می‌رساند.

مثالهایی از کاهش خسارات آفات

 خسارت ناشی از کرم برگ‌خوار ذرت، سالیانه معادل 40 میلیون تن است که این میزان قادر به تامین کالری لازم برای 60 میلیون نفر می‌باشد. به‌کمک مهندسی ژنتیک می‌توان این‌گونه خسارت‌ها را به حداقل ممکن کاهش داد.

تنباکو تراریخته مقاوم به ویروس در چین باعث شد تا عملکرد برگ آن 5 تا 7 برابر افزایش یابد و تعداد دفعات سمپاشی (بر علیه شته‌های ناقل) 3-2 بار کاهش یابد.

در آمریکا طی سال 1996 متوسط خسارت کرم اروپایی ذرت برابر 9 درصد بود و در بعضی مناطق به بیش از 30 درصد می‌رسید و متوسط ارزش خسارت برابر 1 میلیارد دلار بود. سود خالص از ذرت Bt مقاوم به این آفت (بدون احتساب هزینه‌های علف‌کش) برابر با 27.25 دلار در هر ایکر (واحد سطح) محاسبه شد. کل سود خالص حاصل از کاشت ذرت Bt در سال 1996 و 1997 در آمریکا به ترتیب 19 و 190 میلیون دلار بود.

سال 1996 در آمریکا کاشت سیب‌زمینی Bt (مقاوم به سوسک کلرادو) به طور متوسط تعداد سمپاشی را به 1.2 دفعه کاهش داد که متوسط پس‌انداز هزینه سمپاشی 5 دلار در هر ایکر (12 دلار در هکتار) بود. در مجموع با صرفه‌جویی در مصرف حشره‌کش، ‌متوسط افزایش بازده کشاورزان با استفاده از سیب‌زمینی Bt (در مقایسه با شاهد) برابر 14 دلار در ایکر بود (35 دلار در هر هکتار با احتساب افزایش عملکرد و کیفیت غده(.

یک بررسی بر روی پنبه تراریخته Bt مقاوم به کرم غوزه طی سال 1996 در آمریکا نشان داد که عملکرد در مقایسه با شاهد به طور متوسط 7 درصد افزایش می‌یابد و حتی بسته به تراکم آفت این افزایش تا 20درصد نیز می‌رسید. همچنین میزان مصرف حشره‌کش 20000 گالن کاهش یافت. میزان صرفه‌جویی ناشی از عدم به کارگیری حشره‌کش در هکتار معادل 140 تا 180 دلار در هکتار بود و افزایش هزینه خرید بذر در هر هکتار معادل 80 دلار بود. بنابراین متوسط سود خالص در هر هکتار حدود 80 دلار (33 دلار در هر ایکر) محاسبه گردید. بنابراین سود حاصل از کاشت 1.8 میلیون ایکر پنبه Bt در سال 1996 برای کشاورزان آمریکایی برابر 60 میلیون دلار بود.

کل سود حاصل از کشت گیاهان پنبه ، ذرت و سیب زمینی Bt در آمریکا طی سال 1996 برابر 80 میلیون دلار بود و در سال 1997 میلادی برای ذرت Bt به تنهایی معادل 190 میلیون دلار بود.

 سال 1996 در کانادا متوسط عملکرد کلزای متحمل به علف‌کش مقدار 9درصد بیشتر از تیمارهای شاهد (روش‌های دیگر کنترل علف هرز) بود و حتی به بیش از 20درصد نیز می‌رسید. از طرفی میزان مصرف سم از طریق کاهش تعداد دفعات سمپاشی (80 درصد کشاورزان تنها یک بار سمپاشی نمودند) از 570 گرم به 160 گرم ماده فعال در هر ایکر (1400 گرم در هر هکتار به 400 گرم) کاهش یافت. سود خالص حاصل در یک برآورد متوسط محافظه‌کارانه حدود 20 دلار در هر ایکر (50 دلار در هر هکتار)‌ تخمین زده شد. بنابراین کل سود حاصل در 300 هزار ایکر کلزای مقاوم به علف‌کش در کانادا برابر 6 میلیون دلار بود.

 سویا مقاوم به علف‌کش نیز باعث کاهش 40-10 درصد از مصرف علف‌کش می‌‌شود

در استرالیا، کشاورزان برای مبارزه با شپشک‌های نخود فرنگی هر ساله حدود 16 میلیون دلار حشره‌‌کش‌‌های شیمیایی خرید می‌‌نمایند. این آفت مهمترین عامل کاهش در محصول 100 میلیون دلاری نخودفرنگی استرالیا می‌‌باشد. سازمان تحقیقات علمی و صنعتی این کشور با انتقال یک ژن از لوبیا قرمز توانسته است نخود فرنگی تراریخته‌‌ای ایجاد نماید که حدود 99.5 درصد در برابر حمله شپشک‌‌ها مقاومت دارد.

 زمینه‌های مختلف کاربرد گیاهانتراریخته

مبارزه باآفات و بیماری‌ها

یکی از رویکردهای بیوتکنولوژی برای مبارزه با آفات و بیماری‌های گیاهی، مقاوم نمودن گیاه از طریق دست‌کاری ژنتیک و انتقال ژن می‌باشد. تولید گیاهان تراریخته حاوی ژن‌های تولیدکننده پروتئین‌های سمی، که در مقابل آفات خاصی بسیار سمّی و مؤثر بوده و در عین حال برای انسان، گیاه، حیات‌وحش و حشرات مفید، زیانی ندارند، از مثال‌های کاربردی مهندسی ژنتیک می‌باشد.

استخراج ژنBt از باکتری Bacillus Thuringiensis و انتقال آن به ذرّت، پنبه و سیب‌زمینی باعث مقاومت آنها در مقابل حشرات شده است. اکنون میلیون‌ها هکتار از این قبیل گیاهان در تعدادی از کشورهای صنعتی و در حال توسعه جهان کشت می‌شود. واضح است که این فناوری با از بین بردن نیاز به استفاده از سموم شیمیایی، چه خدمتی به حفظ محیط‌زیست و صرفه‌جویی اقتصادی کشاورزان می‌نماید که در بخش قبلی نیز چند مثال ذکر شد.

در دانشگاه دیویس کالیفرنیا، انتقال ژن mi به گوجه‌فرنگی و ابراز آن در برگ‌‌ها موجب مقاومت به نماتد گره‌‌زای ریشه (Root knot) و شته می‌‌شود، ولی این ژن در درجه حرارت‌‌های بالاتر در مناطق گرمسیری غیرفعال می‌‌شود و نیاز به مطالعات بیشتر دارد.

انتقال ژن Bt به باکتری خاکزی سودوموناس فلوئورسنس (Pseudomonas fluorescence) که با ریشه غلات و سویا همزیست می‌‌باشد و اضافه‌کردن این باکتری به خاک می‌‌تواند خسارت کرم اگروتیس یا شب‌پره زمستانی (Agrotis ipsilon or Black cutworm) در غلات را کنترل کند. محققان آمریکایی با انتقال ژن Pin2 به گیاه برنج باعث مقاوم شدن آن در برابر حشرات شده‌اند.
انتقال ژن Bt به یک ریزسازواره درونزاد (Endophyte microorganism) که داخل دستگاه آوندی گیاهان زندگی می‌‌کند و تکثیر می‌‌شود و آغشته‌‌سازی بذور ذرت و برنج با آن‌ها، موجب کنترل کرم ساقه‌‌خوار ذرت و برنج می‌‌شود. آزمایشات مزرعه‌‌ای نشان داده است که ریزسازواره در خارج از گیاه زنده نمی‌‌ماند و به گیاهان تلقیح نشده همجوار نیز منتقل نمی‌‌شود. بنابراین مشکل زیست‌محیطی نخواهد داشت.

 مبارزه با علف‌هایهرز

مهندسی ژنتیک در مبارزه با علف‌های هرز نیز به کمک کشاورزی آمده است. انتقال ژن‌های مقاومت به علف‌کش که منشاء باکتریایی دارند، توانسته است ارقام جدیدی از گیاهان ذرت، پنبه، سویا و کلزای مقاوم به علف‌کش‌های مهم همچون رانداپ و باستا را ایجاد نماید. گیاهان تراریخته مقاوم به علف‌کش اکنون بیشترین سطح کشت جهانی گیاهان تراریخته را به خود اختصاص داده‌اند.

بهبود کیفیت غذایی

تعدادی از ژن‌های مربوط به کیفیت پروتئین از جمله لگومین در نخود، فازئولین در لوبیا، زئین در ذرت، گلیادین‌ها و گلوتنین‌های با وزن مولکولی بالا در گندم، شناسایی و همسانه‌سازی (کلون) شده‌اند و در بعضی موارد (از جمله در گندم) به گیاهان منتقل شده‌اند. انتقال ژن پروتئین فریتین Ferritin تحت کنترل یک پیش‌‌بر در دانه برنج موجب گردید آهن قابل استفاده (فرم فرو) آن افزایش یابد. در سوئد ژن‌‌هایی به برنج منتقل کرده‌‌اند که موجب تولید و ذخیره بتاکاروتن در دانه می‌‌شود. این ماده در بدن انسان به ویتامین A تبدیل می‌‌شود و می‌‌تواند به عنوان یک منبع تامین‌کننده ویتامین A مطرح باشد. بدین ترتیب در آینده نزدیک، دانه‌های برنج غنی از ویتامین A به یاری کسانی که غذای اصلی آنها برنج بوده و به دلایلی از فقر ویتامین A رنج می‌برند، خواهد شتافت.

 تحمل نسبت به تنش‌های محیطی

حدود 80 درصد اختلاف بین مقدار محصول بدست آمده و محصول مورد انتظار از خسارات تنش‌های محیطی ناشی می‌شود. اکثر موفقیت‌های کاربردی مهندسی ژنتیک در زمینه صفات تک‌ژنی ساده بوده است. اما بسیاری از صفات اقتصادی و مطلوب در کشاورزی از جمله تحمل به تنش‌های محیطی توسط تعداد زیادی ژن کنترل می‌‌شوند و کار برای اصلاح این صفات مشکل می‌‌باشد. با این وجود، برخی از ژن‌ها مرتبط با تنش‌های محیطی از قبیل تحمل به سرما، گرما، عناصر سنگین، ‌شوری و خشکی شناسائی و استفاده شده‌اند، ولی کاربرد تجاری از آن‌ها بدست نیامده است.

به عنوان مثال می‌توان از انتقال ژن مانیتول (یک ژن باکتریایی) برای افزایش تحمل به شوری در توتون نام برد. همچنین مهندسی ژنتیک توانسته است سیب‌زمینی و توت‌فرنگی مقاوم به یخبندان ایجاد نماید. انتقال یک ژن باکتریایی به گیاه تنباکو، به بقای آن در محیط شور کمک نموده است. با تولید برنج مقاوم به شوری نیز امکان زیرکشت بردن 86.5 میلیون هکتار از زمین‌های شور جنوب و جنوب شرقی آسیا فراهم می‌آید. دانشمندان ژاپنی مشغول تحقیق در مورد تولید نوعی برنج پایدار در برابر خشکی و سرما و مقاوم به بیماری‌ها هستند.

 تولید مواد دارویی از گیاهان

بکارگیری فناوری نوین زیستی علاوه بر آنکه در توسعه منابع جدید غذایی، حفظ محیط‌ زیست و غیره منشاء اثرات مفید بوده است، در ارائه راهکارهای نوین و آسان در برقراری و حفظ بهداشت و سلامت بشر نیز موفق عمل نموده است. تولید واکسن‏های خوراکی و فراورده‏های دارویی بوسیلة گیاهان نیز رویداد مهمی است که منجر به افزایش کیفیت زندگی در کشورهای عقب­مانده خواهد گشت. برای مثال، واکسیناسیون افراد درکشورهای در حال توسعه، نیازمند خرید سالانه واکسن از کشورهای صنعتی است و نیاز به سرمایه‌گذاری‌های کلان جهت ایجاد زیرساختارهای بهداشتی و فراهم نمودن تجهیزاتی دارد که دسترسی به آنها سهل و ارزان نیست. اما بیوتکنولوژی گیاهی توانسته است پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در تولید واکسن‌های خوراکی در گیاهان زراعی یا میوه‌جات ایجاد کند.

تولید واکسن هپاتیت B در ذرت و موز و تولید واکسن cholera در سیب‌زمینی، از نمونه‌های این کاربرد بیوتکنولوژی می‌باشند. این گونه واکسن‌های نوترکیب در مقایسه با واکسن‌های تزریقی از هزینه بسیار کمتری برخوردارند. نتیجه یک برآورد در آمریکا نشان می‌دهد که هزینه واکسن تزریقی هپاتیت B به ازای هر فرد 200 دلار می‌باشد ولی استفاده از موز و گوجه‌فرنگی حاوی این واکسن (واکسن خوراکی) کمتر از 10 دلار هزینه دارد.

تغذیه از سیب‌‌زمینی تراریخته حامل ژن دورگ کلراانسولین Chlora-Insuline که گلوتامیک اسید دکربوکسیلاز (GAD) را تولید می‌‌کند از ابتلاء به دیابت جلوگیری می‌‌نماید. این مورد در صورت موفقیت می‌‌تواند یک روش آسان و ارزان برای جلوگیری از این بیماری باشد. لازم به ذکر است تغذیه موش‌‌های مستعد دیابت موجب کاهش وقوع آن و شدت پاسخ ایمنی گردید.

تنباکوی تولیدکننده هموگلوبین انسانی و ملانین در ایالت کارولینای شمالی آمریکا در حال انجام آزمایشات مزرعه‌‌ای می‌‌باشد.

 تولید آنزیم‌ها و فرآورده‌هایصنعتی

در حال حاضر پژوهشگران، سیستم‌های ویژه‌ای برای کنترل ژن‌های نو‌ترکیب در داخل گیاهان ابداع کرده‌اند که آنها را قادر ساخته تا بتوانند ویژگیهای موردنظر را تنها در یک قسمت از گیاه به وجود آورند؛ به صورتی که بتوان از یک گیاه علاوه بر محصول اصلی و زراعی آن، فرآورده‌های جانبی دیگری نیز بدست ‌آورد. اخیراً نوعی سیب‌زمینی به‌وجود آمده است که قابلیت تولید دو نوع محصول، یکی غذایی و دیگری آنزیمی را تواماً دارا می‌باشد.

آنزیم‌های صنعتی در فرمانتورها (بیوراکتورها) تولید می‌شوند، اما تولید آنها بدین روش، به‌ دو عامل گران‌قیمت یعنی زمان و نیروی کار وابسته است. پژوهشگران معتقدند استفاده از گیاهان به عنوان بیوراکتورها برای تولید آنزیم‌ها، آسان‌تر و ارزان‌تر خواهد بود. هزینه تولید یک گرم محصول با استفاده از فرمانتور 50 تا 250 دلار است در صورتی که تولید آنزیم‌ در گیاهان، کمتر از یک پنی برای هر گرم محصول هزینه در بر دارد. این مساله تنها به سیب‌زمینی محدود نمی‌شود، بلکه از گیاهان دیگر به‌ویژه ذرت نیز می‌توان برای تولید آنزیم در قسمت‌های غیرخوراکی آنها استفاده کرد. توجه به این نکته ضروری است که بیش از 120 میلیون تن ساقه خشک ذرت و 4 میلیون تن برگ و ساقه خشک سیب‌زمینی در هر سال تولید می‌شود که می‌تواند منبعی برای تولید مواد صنعتی باشد. علاوه بر این، کشاورزان می‌توانند با کشت یک گیاه و صرف هزینه واحد، همزمان دو محصول را تولید کنند که بدین ترتیب افزایش درآمدی بالغ بر 100 تا 200 دلار در هر ایکر (واحد سطح) را به دنبال خواهد داشت. مشاهده می‌شود که چنین دستاوردهایی علاوه بر کاهش بسیاری از هزینه‌ها، موجب آشتی هر چه بیشتر تکنولوژی و طبیعت نیز می‌شود.

همچنین می‌توان از تولید آزمایشی پلاستیک توسط گیاه خردل در دانشگاه استنفورد آمریکا و استخراج روغن صنعتی توسط پژوهشگران اسکاتلندی از طریق دستکاری ژنتیکی گیاه Meadow Foam نام برد.

پژوهشگران اکنون بدنبال گیاهانی مانند Thaumatococcus danielli هستند که تولید پروتئین تاوماتین Thaumatin آن حدود 2500 مرتبه از شکر شیرین‌تر می‌‌باشد و مبداء آن در آفریقا است

 کاهش نیاز گیاهان به کودهایشیمیایی

در زمینه دست‌ورزی سیستم تثیبت ازت و جذب فسفر و پتاسیم نیز ژن‌هایی شناسایی و همسانه‌سازی شده‌اند و مطالعاتی در حال انجام می‌‌باشد. به عنوان مثال، ژن‌‌های ترانسپورتر فسفات از آرابیدوپسیس جداسازی و کلون شده‌‌اند و وجود چنین ژنی در گوجه‌فرنگی نیز گزارش شده است. چنین راهبردهایی در آینده می‌تواند نقش مهمی در حل مشکلات حاصلخیزی خاک‌ و کاهش نیاز گیاهان به کودهای شیمیایی ایفا نماید.

 ب) کاربرد نشانگرهایمولکولی (پروتئین وDNA)

نشانگرهای مولکولی، یک وسیله و ابزار مفید و دقیق می‌‌باشند که روش‌‌های مبتنی بر استفاده از آن‌ها به عنوان مکمل روش‌های سنتی و کلاسیک در سرعت بخشیدن به برنامه‌های به‌نژادی، افزایش دقت و صرفه‌جویی در نیروی کار و هزینه‌ها نقش چشمگیری دارند. پیدایش تکنیک PCR و نشانگرهای مولکول

/ 3 نظر / 66 بازدید
.

http://iums.mihanblog.com

رضا

سلام وبلاگ زیبایی دارید امیدوارم که موفق باشید. به وبلاگ من هم بیایید و نظرتان را بگذارید((iranmakan.tebyan.net . حتما نظر بگذارید.اگر خواستید به وبلاگ زیر هم بروید. ممنون. www.khanedoost.mahdiblog.com

س.د

ممنون. نوشته خوبی بود. یک دید کلی نسبت به موضوع داد. موفق باشید