چگونه گیاهان را در برابر سرما مقاوم کنیم؟

منابع:

بحران انرژی باعث شده است که تولیدکنندگان انرژی کارآمدتر شوند و در دماهای سردتر رشد کنند. ویکتور بوکشتاین از Reflect4Business به ادبیات علمی موجود نگاه کرد تا آنچه را که قبلاً در مورد انواع مقاوم در برابر سرما و رشد سردتر شناخته شده است، مشاهده کند. در زیر خلاصه ای از آنچه او تحقیق کرده است آورده شده است. برای مثال، چه کسی می دانست که “پروتئین های ضد انجماد” وجود دارد؟

محققان در سال 2015 نوشتند که دومین عارضه جانبی ناشی از عارضه اول است. خاک مغذی سردتر خطر پوسیدگی ریشه ناشی از Pythium، Rhizoctonia و Thielaviopsis را افزایش می دهد. این امر مستلزم استفاده از قارچ کش ها است، اما به دلیل سردتر بودن خاک، کندتر عمل می کنند.

گروهی از گیاهان گلخانه ای که بیشتر برای کشت سبزی مورد مطالعه قرار گرفته اند، از چندین رقم گوجه فرنگی تشکیل شده است. بسته به گونه، با کمک اصلاح ژنتیکی، مقاومت در برابر دماهای پایین‌تر را می‌توان با تسهیل افزایش فعالیت مکانیسم‌های آنتی اکسیداتیو افزایش داد، مطالعه‌ای در سال 2021 (سازگار با سرما و چشم‌انداز محصولات مقاوم به سرما) نشان داد.

گلخانه سردتر نیز هزینه های پیش بینی نشده ای را به شکل افزایش خطر بیماری ها و کاهش رشد به همراه دارد. در مقابل، گلخانه سردتر نیز مزایای پیش بینی نشده ای را در قالب مصرف کمتر آب و حشرات کمتر در مراحل اولیه زندگی گیاهان فراهم می کند.

برای اطلاعات بیشتر:
ویکتور بوکشتاین
Reflect4Business
پاستور ون وسمسترات 16
4882 نیوجرسی، کلاین زاندرت
[email protected]
www.reflect4business.com



منبع

محققان در سال 2014 مشاهده کردند که عوامل استرس مانند دماهای پایین باعث افزایش تولید اکسیژن فعال می شود. در مقادیر بیش از حد، این می تواند منجر به آسیب سلولی در گیاهان شود. مکانیسم های آنتی اکسیداتیو تضمین می کند که این اتم های اکسیژن به روشی بی ضرر متصل شده اند و از واکنش آنها جلوگیری می کند. جهش یافته دیگری با افزایش فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز (SOD) (نمونه ای از مکانیسم آنتی اکسیدانی) توانست آسیب سلولی گیاهی را کاهش دهد.

عوارض گلخانه سردتر
ویکتور معتقد است که عوارض جانبی گلخانه سردتر نیز باید در نظر گرفته شود. او حتی قبل از شروع بحران انرژی با مطالعاتی روبرو شد که به این موضوع پرداخته است. دمای پایین گلخانه عوارض جانبی دارد که می تواند (تا حدی) برخی از اثرات مثبت گلخانه سردتر را خنثی کند.

اولین عارضه جانبی یک گلخانه سردتر کاهش جذب آب و مواد مغذی است. با این کار آب بیشتری باقی می ماند و رطوبت هوا افزایش می یابد که می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در بیماری هایی مانند بوتریتیس شود. استفاده از آب کمتر می تواند خطر را کاهش دهد. مقدار مواد مغذی نیز باید برای کاهش جذب تنظیم شود. رطوبت را می توان با تهویه و (فقط) حرارت کافی برای جلوگیری از تراکم کنترل کرد.

کند کردن چرخه زندگی
سومین عارضه جانبی تا حدودی مثبت تر است. یک گلخانه سردتر چرخه زندگی بسیاری از حشرات و کنه ها را کند می کند. محققان این را در مطالعاتی در سال‌های 2020 و 2015 مشاهده کردند. بنابراین در مراحل اولیه رشد گیاه، درمان کمتری مورد نیاز خواهد بود. سپس معرفی گرده افشان‌ها بعداً راحت‌تر خواهد بود، اگرچه زنبورها می‌توانند در دمای 6 درجه سانتی‌گراد پرواز کنند. از طرف دیگر، در فصل بهار گرمتر، حشرات می توانند به سرعت ظاهر شوند، بنابراین مهلت کوتاه مدت است.

نتیجه گیری
تأثیر گلخانه های سردتر می تواند منجر به کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه شود. این را می توان با مقاوم کردن گیاهان در برابر دماهای سردتر به دست آورد. این را می توان با استفاده از اصلاح ژنتیکی و تنوع بخشیدن به میکروارگانیسم هایی که در خاک مغذی زندگی می کنند انجام داد. در مورد دوم، می تواند با استفاده از ریزوباکتری ها از گیاهان در برابر بیماری ها محافظت کند. اثربخشی این روش بستگی زیادی به گیاه و میکروارگانیسم دارد.

سایر میکروارگانیسم ها ریزوباکترها هستند. اینها روی ریشه گیاهان نیز رشد می کنند، اما می توانند غلظت کلروفیل و جذب مواد مغذی را از جمله موارد دیگر افزایش دهند. این امر رشد بهتر این گیاهان را تضمین می کند. علاوه بر این، فعالیت مکانیسم های آنتی اکسیدانی را افزایش می دهند. به عنوان مثال، در گوجه فرنگی، همزیستی با سودوموناس ونکوورنسیس و سودوموناس فردریکسبرگنسیس آسیب کمتری به غشاء وارد می کند. محققان در سال 2021 پس از تحقیقات به اشتراک گذاشتند، همچنین غلظت پرولین را افزایش داد و فعالیت مکانیسم های آنتی اکسیدانی را افزایش داد.

برای تصویر دقیق تر از آنچه ممکن است، به گیاه مدلی مانند Arabidopsis نگاه کنید. این گیاه را می توان به گونه ای اصلاح کرد که بتواند در دمای -8 درجه سانتی گراد (4 درجه سانتی گراد کمتر از حد معمول) زنده بماند.

اثر جانبی نهایی در تفاوت دما نقش دارد. یک گلخانه سردتر اختلاف دمای کمتری (بین دمای روز و شب) ایجاد می کند، بنابراین گیاهان نمی توانند به سرعت رشد کنند. بنابراین، این جایی است که اصلاح ژنتیکی می تواند کمک کند.

اصلاح ژنتیکی
یکی از راه های ممکن برای کاهش نیاز به گرمایش گلخانه ها استفاده از گیاهان مقاوم به سرما است. ویکتور کشف کرد که در این زمینه، اصلاح ژنتیکی قبلاً پیشرفت هایی داشته است.

غلبه بر مشکلات دندان درآوردن
آسیب های مربوط به نور را نیز می توان با افزایش فعالیت مکانیسم خاموش کردن غیر فتوشیمیایی (NPQ) کاهش داد. با این حال، باید مقابله کرد که این اصلاح همچنین گوجه‌فرنگی‌های کمتر و کوچک‌تری با دانه‌های کمتر تولید کرد، محققان در سال 2011 متوجه شدند. بنابراین، در حال حاضر، هنوز برخی مشکلات دندان درآوردن وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد.

مثال دیگر مربوط به اصلاح ژنتیکی برای تولید پروتئین های ضد انجماد است که کریستال های یخ را به هم متصل می کنند تا نتوانند به سلول ها آسیب برسانند. محققان در سال 2021 نوشتند که این می تواند کاهش از دست دادن الکترولیت ها را تا 60 درصد به دست آورد.

میکروارگانیسم ها
روش دیگر شامل میکروارگانیسم ها است. قارچ های میکوریزا آربوسکولار (AMF) شناخته شده ترین میکروارگانیسم ها هستند. این موجودات روی ریشه گیاهان رشد می کنند، جایی که گیاه مواد مغذی را فراهم می کند و AMF آنتی اکسیدان ها و هورمون های خاصی را فراهم می کند. این هورمون‌ها می‌توانند رشد و فتوسنتز را در شرایط کمتر مطلوب افزایش دهند.