کشف یک ماده شیمیایی غیرمعمول برای رشد نهال ها

محققان به‌تازگی کشف کرده‌اند که تیمار دانه‌ها با گاز اتیلن باعث افزایش رشد و افزایش تحمل استرس آنها می‌شود.

به گزارش تکناک، این کشف که شامل افزایش فتوسنتز و تولید کربوهیدرات در گیاهان است، یک پیشرفت قابل‌توجه در بهبود عملکرد محصول و انعطاف پذیری در برابر عوامل استرس زای محیطی ارائه می دهد.

مانند هر موجود دیگری، گیاهان نیز ممکن است دچار استرس شوند. معمولاً شرایطی مانند گرما و خشکسالی است که منجر به این تنش می شود و زمانی که گیاهان تحت تنش قرار می گیرند، ممکن است به اندازه کافی رشد نکنند. این مسئله می تواند برای کشاورزان مشکل ساز باشد، بنابراین تاکنون بسیاری از دانشمندان سعی کرده اند گیاهان را اصلاح ژنتیکی کنند تا انعطاف پذیرتر باشند.

با این حال گیاهانی که برای عملکرد بالاتر اصلاح شده اند، تحمل تنش کمتری دارند، زیرا انرژی بیشتری را برای رشد نسبت به محافظت در برابر تنش ها صرف می کنند. به طور مشابه، بهبود توانایی گیاهان برای زنده ماندن در شرایط استرس‌زا، اغلب منجر به رویش گیاهانی می شود که کمتر تولید مثل می کنند زیرا انرژی بیشتری را برای محافظت صرف می کنند تا رشد.

نویسنده اصلی این مطالعه گفت: من در حال مطالعه بودم که چگونه هورمون گیاهی اتیلن، رشد و پاسخ های استرس را در گیاهان تنظیم می کند. در مطالعه ای که در ژوئیه 2023 منتشر شد، آزمایشگاه من یک مشاهده غیرمنتظره و هیجان انگیز انجام داد. ما متوجه شدیم که وقتی بذرها در تاریکی جوانه می زنند، همانطور که معمولاً در زیر زمین هستند، افزودن اتیلن می تواند رشد و تحمل استرس در آنها را افزایش دهد.

اتیلن یک هورمون گیاهی است

گیاهان نمی توانند به اطراف حرکت کنند، بنابراین نمی توانند از شرایط محیطی استرس زا مانند گرما و خشکسالی اجتناب کنند. آنها سیگنال های مختلفی را از محیط خود دریافت می کنند، مانند نور و دما که نحوه رشد و مقابله با شرایط استرس زا را شکل می دهد. به عنوان بخشی از این مقررات، گیاهان هورمون های مختلفی را می سازند که بخشی از یک شبکه تنظیمی هستند که به آنها اجازه می دهد تا با شرایط محیطی سازگار شوند.

اتیلن برای اولین بار بیش از 100 سال پیش به عنوان یک هورمون گیاهی گازی کشف شد. از آن زمان، تحقیقات نشان داده است که تمام گیاهان زمینی که مورد مطالعه قرار گرفته اند، اتیلن می سازند. اتیلن علاوه بر کنترل رشد و پاسخ به استرس، در فرآیندهای دیگری مانند تغییر رنگ برگها در پاییز و تحریک رسیدن میوه نیز نقش دارد.

اتیلن به‌عنوان راهی برای رشد گیاهان

محققان بر چگونگی درک گیاهان و باکتری‌های اتیلن و نحوه تعامل آن با سایر مسیرهای هورمونی برای تنظیم رشد گیاه تمرکز کردند. در حین انجام این تحقیق، آنها به یک کشف تصادفی دست یافتند.

محققان اظهار داشتند: ما در حال انجام آزمایشی بودیم که در آن بذرهایی در یک اتاق تاریک جوانه زدند. جوانه زدن بذر، یک دوره حیاتی در زندگی گیاه است که در شرایط مساعد، بذر از حالت خوابیده به گیاهچه تبدیل می شود.

برای این آزمایش، بذرها را به مدت چند روز در معرض گاز اتیلن قرار دادیم تا ببینیم چه تاثیری ممکن است داشته باشد. سپس اتیلن را حذف کردیم. به طور معمول، با این کار آزمایش به پایان می رسد. با این حال پس از جمع آوری اطلاعات در مورد این نهال، آنها را به یک گاری سبک منتقل کردیم. این کاری نیست که ما معمولا انجام می‌دهیم، اما می‌خواستیم گیاهان را تا بزرگسالی رشد دهیم تا بتوانیم برای آزمایش‌های آینده بذر تهیه کنیم.

چند روز پس از قرار دادن نهال ها در زیر نور، برخی از محققان مشاهدات غیرمنتظره و شگفت انگیزی انجام دادند که گیاهانی که برای مدت کوتاهی با اتیلن رشد کرده بودند، بسیار بزرگتر بودند. آنها نسبت به گیاهانی که در معرض اتیلن قرار نگرفته بودند، برگ‌های بزرگ‌تر و سیستم‌های ریشه‌ای طولانی‌تر و پیچیده‌تر داشتند. این گیاهان در تمام طول عمر خود با سرعت بیشتری به رشد خود ادامه دادند.

محققان می‌خواستند بدانند که آیا گونه‌های مختلف گیاهی در هنگام جوانه‌زنی بذر در معرض اتیلن تحریک رشدی از خود نشان می‌دهند یا خیر. آنها متوجه شدند که پاسخ مثبت است. محققان اثرات تیمار کوتاه‌مدت اتیلن را روی دانه‌های گوجه‌فرنگی، خیار، گندم و آرگولا در حال جوانه زدن آزمایش کردند و همه آنها بزرگ‌تر شدند.

اما چیزی که این مشاهدات را غیرعادی و هیجان‌انگیز کرد این است که تیمار مختصر اتیلن، تحمل به تنش‌های مختلف مانند تنش شوری، دمای بالا و اکسیژن کم را نیز افزایش داد.

اثرات بلندمدت روی رشد و تحمل استرس ناشی از قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض یک محرک، اغلب با عنوان اثرات پرایمینگ نامیده می شود. می توانید این موضوع را مانند پر کردن پمپ در نظر بگیرید، جایی که پرایمینگ کمک می کند پمپ را راحت تر و زودتر راه اندازی کنید. تاکنون مطالعات به چگونگی رشد گیاهان پس از پرایمینگ در سنین و مراحل مختلف رشد پرداخته اند. انجام پرایمینگ بذر با مواد شیمیایی و تنش های مختلف آسان است و در صورت موفقیت می تواند توسط کشاورزان استفاده شود.

پرایمینگ چگونه کار می کند؟

از همان اولین آزمایش، محققان سعی کرده‌اند بفهمند که چه مکانیسم‌هایی به گیاهان در معرض اتیلن اجازه رشد بیشتر و تحمل استرس بیشتری را می‌دهد. آنها چند توضیح بالقوه پیدا کرده ایم.

یکی این که پرایمینگ اتیلن فتوسنتز را افزایش می دهد که فرآیندی است که گیاهان برای تولید قند از نور استفاده می کنند. بخشی از فتوسنتز شامل چیزی است که تثبیت کربن نامیده می شود، جایی که گیاهان CO2 را از اتمسفر می گیرند و از مولکول های CO2 به عنوان بلوک های سازنده برای تولید قند استفاده می کنند.

(زیرنویس ویدئو: در طی فتوسنتز و تثبیت کربن، گیاهان نور خورشید را جذب کرده و آن را به قندهایی تبدیل می کنند که از آن برای رشد از آنها استفاده می کنند)

محققان نشان دادند که در صورت وجود اتیلن، افزایش زیادی در تثبیت کربن وجود دارد به این معنی که گیاهان CO2 بسیار بیشتری از جو دریافت می کنند.

با افزایش فتوسنتز، افزایش زیادی در میزان کربوهیدرات در سراسر گیاه صورت می گیرد که شامل افزایش زیاد نشاسته است که مولکول ذخیره انرژی در گیاهان است. دو قند ساکارز و گلوکز که انرژی سریعی را برای گیاهان فراهم می کند.

تعداد بیشتری از این مولکول ها در گیاه هم با افزایش رشد و هم با توانایی بهتر گیاهان در تحمل شرایط استرس زا مرتبط هستند.

این مطالعه نشان داد که شرایط محیطی در طول جوانه‌زنی می‌تواند اثرات عمیق و طولانی‌مدتی بر روی گیاهان داشته باشد که می‌تواند هم اندازه و هم تحمل تنش را در گیاه به طور همزمان افزایش دهد. درک مکانیسم های این امر بیش از هر زمان دیگری مهم است و می تواند به بهبود تولید محصول برای تغذیه جمعیت جهانی کمک کند.