با سلام

ترجمه انگلیسی به فارسی و فارسی به انگلیسی کلیه مقالات و چکیده پایان نامه ها رشته کارشناسی ارشد زراعت، اصلاح نباتات، بیوتکنولوژی و ... ، آنالیز داده های پایان نامه، نگارش پایان نامه و دانلود مقاله از Science Direct، ProQuest با قیمت توافقی پذیرفته می شود.

شماره تماس: [phone]

ایمیل: [e-mail]

با تشكر از كساني كه نظرات خود را فرستادن

خانم يا آقاي ح م كه پيام گذاشتيد چند روز قبل دفاع به همكلاسي هايي كه شماره آنها را داشتم پيام فرستادم و زمان و مكان دفاع را گفتم. اينم بگم كه اسمتون رو نتونستم حدس بزنم

دفاع

با سلام خدمت دوستان عزيز و كساني پيام گذشته اند

ايشالله تا 2 هفته آينده دفاع خواهم كرد

بیوسنتز و متابولسیم براسینواستروئیدها 1

مقدمه

وابستگی طبیعی گیاهان نیاز به مکانسیم تنظیم کننده ی مشخص برای پاسخ گویی به نیازهای نمو و چالش های محیطی می باشد. هورمونهای مختلف گیاهی يا به تنهايي فعاليت مي كنند و يا در مرتب كردن اين مكانيسم ها فعاليت مي كنند. در كل براسينواستروئيدها به رخ داد طبيعي استروئيدهاي α5-كلستان نسبت داده شده اند كه باعث تحريك رشد در غلظت هاي نانو يا ميكرومولار مي شوند. براسينواستروئيدها با كاربرد استرول ها بعنوان پيش ماده كه ساختاري شبيه استرول هاي اشتقاقي، هورمونهاي استروئيدي انسان و هورمون هاي پوست اندازي حشرات دارند، سنتز شده اند. براسينواستروئيدها چند دهه قبل با تاثير بر افزايش رشد گياه شناخته شده اند. به هر حال، شواهد و مدارك قطعي براي نقش آنها در نمو غير واضح بود تا اينكه صفات اخير براسينواستروئيدها در جهش يافته هاي كوتولگي آرابيدوپسيس و ساير گياهان بدست آمد. اهداف اين فصل مهيا سازي اطلاعات خلاصه ي منسجم درباره ي پيشرفتهاي ايجاد شده در صفت ژنتيك مولكولي موتانتهايي است كه در مسير بيوسنتز استرول و BR داراي نقص مي باشند.

سابقه ي تاريخي و رخدادهاي طبيعي

تنظیم کننده های رشد گیاهی مختلفی در مراحل پيچيده ي تكثير درگير مي باشد. از اين رو، دانشمندان گياهي پي بردند كه دانه ي گرده مي تواند منبع غني از فيتوهورمون ها باشد. جستجوي هورمونهاي گياهي جديد از دانه ي گرده در سال 1960 توسط وزارت كشاورزي ايالت متحده آمريكا آغاز شد كه منجر به كشف ماده اي بنام براسين از دانه گرده كلزا شد كه محرك رشد ميانگره دوم لوبيا در سنجش زيستي بود. اولين صفت خاص BR، براسينوليد بود كه از دانه گرده كلزا در غلظت 200 قسمت در بيليون كشف شد. ساختمان براسينوليد (BL ) با تكنولوژي انكسار اشعه X مشخص شد كه ( R22،R23،S24 )- α2 و α3 و 22 و 23- تتراهيدروكسي- 24- متيل- B – همو- 7 – اگزا – α5 – كلستان- 6 – وان بود .

علاوه بر BL، حداقل 50 ساختار ديگر از براسينواستروئيد از گونه هاي مختلف سلسله ي گياهي شناخته شده است كه شامل گونه هاي جلبك ( Hydrodictyon reticulatum )، نهانزادان آوندي ( Equisetum arvense )، 5 گونه از بازدانگان، 37 گونه مختلف از نهاندانگان مي باشد. بنابراين اين امكان وجود دارد كه براسينواستروئيدها در همه سلسله هاي گياهي وجود داشته باشند.

  

 ساختار شيميايي

براسينواستروئيدها در درجه اول بر اساس وابستگي به ساختمان زنجيره جانبي كه از استرول هاي والديني مختلف مشتق شده اند در 7 گروه طبقه بندي شده اند ( شكل 1 ).بعلاوه، با گوناگوني زنجيره هاي جانبي دو ساختار ديگر نيز ايجاد مي گردد : 1) تغيير تعداد گروههاي هيدروكسيل با تركيبات مختلف در موقعيت هاي C-2 و C-3. 2) وجود هر كدام از گروههاي اصلي كتون و يا لاكتون در C-6 و C-7. در بين 50 براسينواستروئيد مختلف، براسينوليد با داشتن فعاليت افزايش رشد مشخص بود. از ساختار شيميايي BL اينگونه استنتاج شده است كه براسينواستروئيدهاي فعال بايستي داراي ساختار مورد نياز زير باشند : اول حلقه ي A و B كه بايد آرايش فضايي ترانس را داشته باشد كه توسط هيدروژن α در C-5 تعيين مي شود. دوم، حلقه ي B كه بايستي شامل گروه 6- اگزو و يا 6- اگزو- 7 – اگزا باشد. سوم، گروههاي هيدروكسيل در C-2 و C-3 در حلقه ي A  بايستي در جهت سيس α باشند. چهارم، جهت گيري سيس α گروههاي هيدروكسيل در موقعيت هاي  C-22، C-23 و C-24 بايستي توسط يكي از گروههاي متيل با جهت گيري α يا اتيل اشغال شده باشد. اين نيازها مناسب بوده و فعاليت زيادي را در تركيبات دارند.

براسينواستروئيدها متعلق به مولكولهايي كه تري ترپن شناخته شده اند مي باشند، زيرا براسينواستروئيدها جزو گروه استرولهاي تغيير شكل يافته مي باشد، مسير بوسنتز BL مي تواند به دو بخش اصلي تقسيم گردد : مسيرهاي ويژه استرول و براسينواستروئيد، به ترتيب، مسير اسكوآلن به كامپسترول و مسير كامپسترول به BL. اسيد موالونيك كه مولكول آغازين مسير تري ترپنوئيدي است براي توليد 2و3- اكسيدواسكوآلن فشرده و حلقوي مي شود. 2و3- اكسيدواسكوآلن با تغييرات بيشتر استرول هاي مهم گياهي مانند سيتوسترول ( SR ) و كامپسترول ( CR ) را توليد مي كند. همه اين استرول هاي توليدي بعنوان پيش ساز ايزولوگ BL مثل هموبراسينوليد و نور براسينوليد استفاده مي شود. براي فعاليت زيستي براسينواستروئيدها، استرول ها توسط مسير ويژه ي BR پردازش مي شوند. بطور خلاصه، استرول ها به گروههاي كاربردي زير تغيير مي يابند : 1) اشباع از پيوند دوگانه در . 2) آرايش گروه 6- اگزو. 3) افزايش گروه هاي هيدروكسيل با جهت گيري α در C-22 و C-23. 4) اپيمريزاسيون گروه β3- هيدروكسيل به شكل α3. 5) افزايش گروه α2- هيدروكسيل، در نهايت 6) اكسيداسيون حلقه B.

مراحل ويژه بيوسنتزي توسط آزمايش هاي متابوليكي لاين هاي سلولي گياه پروانش Catharanthus roseus كه مقدار استروئيد بيشتر توليد مي كرد روشن شد. لاين هاي توليد كننده BL زياد براي غلبه بر فعاليت كم بيوسنتزي در سلول ها و بافت هاي خاص گياه كه از نظر تكنيكي استخراج و تجزيه BRs محدود است توسعه يا نمو يافته اند. بيوسنتز BRs مسيرهاي منشعب چندگانه دارد. انشعاب اول در كامپسترول و انشعاب دوم در كامپستانول رخ مي دهد. CR مي تواند در موقعيت C-22 هيدروكسيله يا در موقعيت C-5 احياء شود كه به ترتيب مسيرهاي اكسيداسيون كوتاه و بلند C-22 ايجاد مي گردد. علاوه براين، CN توسط دو مسير ديگر توليد مي شود كه مسيرهاي كوتاه و بلند اكسيداسيون C-6 مي باشد. مسير كوتاه اكسيداسيون C-6 دستخوش دو مرحله اكسيداسيون موقعيت C-6 در مرحله CN مي شود. در مسير طولاني اكسيداسيون C-6، كربن 6 در مرحله آخر براي دومين بار اكسيد مي شود. اين واكنش ها توسط فعاليت يك آنزيم كه در هر دو مسير كوتاه و طولاني شركت دارد انجام مي شود. علاوه بر پروانش جهش يافته هاي كوتولگي بيوسنتز BR كمك فراواني را در آزمون مسير و ايجاد تغييرات بعدي كردند.

کشت بافت

کشت بافت

کشت بافت و سلول گیاهی به همراه روش‌های مهندسی ژنتیک از ارکان مهم فناوری زیستی به عنوان یکی از علوم پیشرفته دنیا به شمار می‌آیند. با علم به این موضوع که هر یک از سلول‌های گیاهی تمایز نیافته توانایی تبدیل شدن به گیاه کامل را دارند، دریچه‌ای تازه پیش روی دانشمندان و محققان علوم زیستی گشوده شد، به نحوی که در مقایسه با روش‌های اصلاح سنتی گیاهان، تسریع قابل ملاحظه‌ای در مدت زمان اجرای برنامه‌های اصلاحی به وجود آمد و امکان انجام تلاقی‌های بین جنسی را نیز فراهم نمود. علاوه بر این نگهداری ذخایر توارثی، تولید گیاهان عاری از ویروس و تولید گیاهان هاپلوئید از جمله کاربردهای مهم دیگر کشت بافت و سلول گیاهی می‌باشند. روش‌های کشت بافت مبتنی بر دو مرحله تمایززدایی و تمایزیابی است که انجام هر یک از این مراحل به شرایط خاصی نیاز دارد و باید در محیطی عاری از هرگونه آلودگی صورت پذیرد که گاه باعث افزایش هزینه تولید می‌شود. با این وجود مراکز تولیدی سالیانه میلیون‌ها نهال و گیاه مختلف را از طریق روش‌های ریزازدیادی به بازار عرضه می‌کنند و فرآورده‌های زیستی متعددی نیز با استفاده از روش‌های کشت بافت تولید می‌شوند.

روش‌های کشت بافت گیاهی

• کشت پینه
• کشت سوسپانسیون سلولی
• کشت پروتوپلاست
• کشت هاپلویید
• کشت جنین و اندام
• باززایی و ریز ازدیادی

مراحل کلیدی در کشت بافت

1. شناسایی و جداسازی ژن یا ژن‌های مورد نظر از موجود اصلی؛
2. درج ژن جدا شده در پلاسمید و تکثیر آن در باکتری (همسانه‌سازی)؛
3. وارد کردن ژن همسانه‌سازی شده به سلول‌های مورد نظر؛
4. انتخاب و پرورش سلول‌های تراریخت.

 

مقاومت به آفات 1

مهندسي ژنتيك گياهان زراعي

تكنولوژي DNA نوتركيب امكان توسعه كامل حشره كش­هاي بيولوژيكي جديد را فراهم ساخت كه مزاياي عامل كنترل بيولوژيكي كلاسيك را داشت، اما اثرات زيان آور كمتري را نسبت به آن داشت. بيوتكنولوژي چندين فرصت منحصر بفرد را ايجاد مي كند كه عبارتند از :

1. دستيابي به مولكول­هاي جديد.

2. توانايي تغيير ميزان بيان ژن.

3. قابليت تغيير الگوي بيان ژن­ها.

4. توسعه گياهان ترانس ژن با ژن­ها حشره كش مختلف.

با اين حال گياهان ترانس ژن اكسير يا دارويي براي حل كردن تمامي مشكلات آفت نمي باشند و به برخي اصول بستگي دارند. محدوديت هاي اصلي گياهان ترانس ژن شامل:

1.  آفات ثانويه در غياب سم پاشي براي آفات اصلي كنترل نمي شوند.

2. نياز به كنترل آفات ثانويه توسط سم پاشي شيميايي كه باعث مرگ دشمنان طبيعي مي شود كه يكي از مزاياي گياهان ترانس ژن را از بين مي برد.

3. هزينه توليد و گسترش گياهان ترانس ژن ممكن است بالا باشد.

4. نزديكي مزارع سم پاشي شده ممكن است باعث كاهش مزاياي گياهان ترانس ژن شود.

5. مهاجرت حشره ممكن است باعث كاهش ميزان تاثير يا سودمندي گياهان ترانس ژن شود.

6. ايجاد مقاومت در جمعيت­هاي حشره ممكن است سودمندي گياهان ترانس ژن را محدود كند.

بنابراين، گسترش و مديريت مناسب و موثر گياهان ترانس ژن از روش موثر، شرط لازم براي استفاده از بيوتكنولوژي براي بهتر شدن محصول مي باشد.

در نتيجه­ي پيشرفت در ترانسفورماسيون ژنتيكي و بيان ژن در طول دهه­ي اخير، پيشرفت قابل توجهي در استفاده از مهندسي ژنتيك براي گسترش محصولات صورت گرفته كه هدف اصلي حفاظت از محصولات در مقابل حمله حشرات مي باشد. نيازهاي اصلي براي ترانسفورماسيون ژنتيكي شامل : 

1. ژنوم هدف.

2. ژن كانديدا.

3. ناقل حمل كننده ژن.

4. كشت بافت و سيستم باززايي.

5. تغيير DNA خارجي براي افزايش ميزان بيان ژن.

6. روش انتقال DNA پلاسميد به سلول.

7. پروتوكل­هاي شناسايي سلول ترانسفورم شده يا تغيير يافته.

8. مشخص كردن گياهان ترانس ژن مشهور در سطوح موكلولي و ژنتيكي.

 

اغلب گياهان ترانس ژن مقاوم به حشره با استفاده از آلفا ندوتوكسين هاي Bt توليد مي شوند و مطالعات بسياري نيز در زمينه­ي ژن­هاي غير Bt براي كنترل آفت انجام مي شود. تعدادي از اين ژنها با نيازهاي غذايي حشرات تداخل مي كنند. اين ژنها شامل بازدارنده­هاي پروتئاز، كيتيناز، متابوليت هاي ثانويه گياهي و لكتين­ها مي باشد.

اولين ژن توكسين (سمي) Bt در سال 1981 كلون گرديد و اولين گياه ترانس ژن در اواسط سال 1980 توليد شد. بعدها نيز چندين گونه­ي زراعي براي توليد توكسين هاي Bt جهت كنترل حشرات آفت مهندسي گرديد. ژنهاي ايجاد كننده­ي مقاومت به حشرات در گياهان زراعي مثل ذرت، پنبه، سيب زميني، توتون، گل كلم، كاهو، گردو، سيب، يونجه و سويا درج شده است. اولين گياه ترانس ژن در سال 1994 رشد يافت و در سال 1996 نيز در سطح وسيعي در آمريكا كشت گرديد. در بين كشورهاي در حال توسعه چين، هند، آرژانتين، مكزيك، برزيل، پاكستان و آفريقاي جنوبي تحقيقات گسترده­اي را در زمينه­ي گياهان ترانس ژن انجام مي دهند.

پیوند پپتیدی

بررسي پيوند پپتيدي:

در اواخر دهه 1930، لينوس پائولينگ و رابرت كوري با استفاده از روش كريستالوگرافي اشعه X ، ساختار دقيق آمينواسيدها و پپتيدها را مورد بررسي قرار دادند. هدف آنها از اين مطالعات، تعيين فاصله پيوند بين اتمها و زواياي پيوند بود تا با استفاده از اين اطلاعات بتوانند كونفورماسيون ( آرايش فضايي گروههاي متصل به يك اتم  مي توانند حول يك پيوند بچرخند) پروتئين ها را پيشگويي كنند.

يكي از يافته هاي ارزشمند اين دو محقق آن بود كه واحد پپتيدي محكم و مسطح است. هيدروژن گروه آميني در اين پيوند هميشه در موقعيت Trans نسبت به اكسيژن گروه كربونيل قرار مي گيرد. پيوند ميان اتم كربن گروه كربونيل و اتم نيتروژن داراي آزادي چرخش نيست و تقريباً مانند يك پيوند دوگانه عمل مي كند. طول اين پيوند، كوتاه و در حدود 32/1 آنگستروم بوده و ميانگين طول پيوند ساده C-N ( 49/1 آنگستروم) و پيوند دوگانه C=N ( 27/1 آنگستروم) است و به همين دليل، خصوصيات يك پيوند دوگانه نسبي را نشان مي دهد. پيوند ميان كربن α و كربن گروه كربونيل از نوع پيوند ساده بوده و طول آن 51/1 آنگستروم است. همچنين پيوند بين كربن α در اسيد آمينه دوم و نيتروژن نيز از نوع پيوند ساده ( 46/1 آنگستروم) است. بنابراين درجه آزادي چرخش حول اين پيوندها زياد بوده و اتمهايي كه در پيوند پپتيدي درگير شده اند، روي يك خط قرار نمي گيرند ولي در يك صفحه هستند.

                         

توالي اسيدهاي آمينه ساختمان اوليه پپتيدها را مشخص مي كند :

براي تعيين ساختمان اوليه يك پلي پپتيد بايد تعداد، ساختمان و ترتيب همه ريشه هاي اسيدهاي آمينه را مشخص كرد.

جايگزيني تنها يك اسيد آمينه بجاي اسيد آمينه ديگر در توالي خطي بيش از 100 اسيد آمينه مي تواند منجر به كاهش يا از بين رفتن فعاليت بيولوژيك شده، عواقب بالقوه و وخيمي به جاي گذارد، مانند بيماري كم خوني سلول داسي شكل.

براي ناميدن اسيدهاي آمينه موجود در پپتيدها از علائم اختصاري استفاده مي شود :

براي نمايش ساختمان اوليه پپتيدها مي توان از دو نوع علامت اختصاري سه حرفي و يك حرفي اسيدهاي آمينه استفاده كرد. استفاده از حرفي كه با خطوط مستقيم بهم وصل شده اند، روش شناخته شده و صريح براي نمايش ساختمان اوليه پپتيدها است. در صورت استفاده از علايم اختصاري يك حرفي اين خطها حذف مي شوند. در صورتي كه ترتيب دقيق بخشي از ساختمان پلي پپتيد مشخص نباشد، ريشه هاي مشكوك و مورد نظر درون كروشه قرار گرفته و با علامت كاما از هم جدا مي شوند.

                        

پپتيدهاي موجود در سيستم هاي بيولوژيك، از نظر اندازه متفاوتند و ممكن است بصورت انواع كوچك با دو يا سه اسيد آمينه تا انواع بسيار بزرگ متشكل از هزاران اسيد آمينه ديده شوند.

دو مولكول اسيد آمينه مي توانند بطور كووالان از طريق يك پيوند آميدي يا پيوند پپتيدي به يكديگر متصل شده و ايجاد يك دي پپتيد كنند. اين پيوند با برداشت عناصر يك مولكول آب ( دهيدراتاسيون ) از گروه α-كربوكسيل يك اسيد آمينه و α-آمينوي اسيد آمينه ديگر ايجاد مي گردد.

گروه α-آمينوي يك اسيد آمينه به عنوان يك نوكلئوفيل عمل نموده تا جايگزين گروه هيدروكسيل اسيد آمينه ديگر شده و ايجاد يك پيوند پپتيدي ( تيره ) كند.

                                     

 تشكيل پيوند پپتيدي مثالي از يك واكنش كندانساسيون است كه يكي از كلاس هاي معمول واكنش ها در سلولهاي زنده مي باشد. تحت شرايط بيوشيميايي استاندارد، تعادل واكنش بالا بيشتر به سمت مواد شركت كننده در واكنش است تا محصول دي پپتيدي. براي اينكه اين واكنش از نظر ترموديناميكي قابل انجام باشد، لازم است گروه كربوكسيل دچار تعيير شيميايي شده و يا به طريقي فعال گردد كه گروه هيدروكسيل آن راحت تر برداشت شود.

سه اسيد آمينه مي توانند توسط دو پيوند پپتيدي به يكديگر متصل شده و ايجاد يك تري پپتيدكنند؛ بطور مشابه اسيدهاي آمينه با اتصال به يكديگر توليد تترا پپتيد، پنتاپپتيد و غيره مي كنند. وقتي تعداد كمي از اسيدهاي آمينه به اين طريق به يكديگر اتصال مي يابند، ساختمان حاصل را اوليگوپپتيد گويند. وقتي تعداد اين اسيدهاي آمينه زياد باشد، محصول را پلي پپتيد مي نامند. در ساختمان پروتئين ها ممكن است هزاران اسيد آمينه وجود داشته باشد. هر چند گاهي اصطلاحات پروتئين و پلي پپتيد بجاي يكديگر بكار مي روند، مولكولهايي كه به آنها پلي پپتيد اطلاق مي گردد، عموماً داراي وزن مولكولي كمتر از 10000 هستند.

شكل صفحه بعد ساختمان يك پنتاپپتيد را نشان مي دهد. اسيد آمينه موجود در يك پپتيد را اغلب يك ريشه ( قسمت باقيمانده بعد از جدا شدن يك اتم هيدروژن از گروه آمينو و يك عامل هيدروكسيل از گروه كربوكسيل آن )‌گويند. در يك پپتيد، ريشه اسيد آمينه موجود در انتهاي داراي گروه α-آمينو آزاد را ريشه انتهاي آمينو ( يا انتهاي N ) و ريشه موجود در انتهاي ديگر داراي يك گروه كربوكسيل آزاد را ريشه انتهاي كربوكسيل ( يا انتهاي C ) گويند.

                       

هرچند هيدروليز يك پيوند پپتيدي يك واكنش انرژي زا است، بخاطر انرژي فعالسازي بالاي آن، به آهستگي صورت مي گيرد. لذا پيوندهاي پپتيدي موجود در پروتئين كاملاً پايدارند و تحت اكثر شرايط داخل سلول، نيمه عمري حدود 7 سال دارند.

ساختمان اوليه بر فعاليت فيزيولوژيك پپتيد تاثير دارد

جايگزيني تنها يك اسيد آمينه بجاي اسيد آمينه ديگر در توالي خطي بيش از 100 اسيد آمينه منجر به كاهش يا از بين رفتن فعاليت بيولوژيك شده، عواقب بالقوه و وخيمي به جاي گذارد ( مانند بيماري كمخوني سلول داسي شكل ). در بسياري از اختلالات متابوليك ارثي تنها يك تغيير منفرد از اين نوع وجود دارد.

بسياري از پپتيدها فعاليت فيزيولوژيك دارند

در سلول هاي جانوران، گياهان و باكتري ها پلي پپتيدهاي مختلفي با وزن مولكولي پايين وجود دارد ( 3 تا 100 ريشه اسيد آمينه ) كه فعاليت فيزيولوژيكي بارزي بر عهده دارند.

در مولكلول گلوتاتيون، گلوتامات انتهايي N از طريق يك پيوند غير آلفا پپتيدي به سيستئين متصل شده است. اين مولكول مورد نياز آنزيم هاي متفاوتي است. گلوتاتيون و آنزيم گلوتاتيون ردوكتاز در تشكيل پيوندهاي دي سولفيدي صحيح در بسياري از پروتئين ها و هورمونهاي پلي پپتيدي شركت داشته و در متابوليسم گزنوبيوتيكها ( Xenobiotics ) نقش دارند.

                                

آنتي بيوتيكهاي پلي پپتيدي كه توسط قارچ ها ساخته و آزاد مي شوند داراي هر دو نوع اسيد آمينه D و L و اسيدهاي آمينه اي كه در پروتئين ها وجود ندارند مي باشد. از جمله اين آنتي بيوتيكها مي توان به تيروسيدن، گراميسيدين اشاره كرد. اين پلي پپتيدهاي حلقوي داراي D فنيل آلانين و اسيد آمينه غير پروتئيني اورنيتين مي باشند.

 

پپتيدها پلي الكتروليت هستند

در هيچ مقدار pH موجود در شرايط فيزيولوژيك، پيوند پپتيدي ( آميدي ) باردار نيست. بنابراين تشكيل پپتيدها از اسيد آمينه در pH برابر 4/7 با از بين رفتن خالص يك بار الكتريكي مثبت و يك بار منفي به ازاي هر پيوند پپتيدي تشكيل شده، همراه مي باشد. به علت وجود گروههاي دو انتهاي C و N و گروههاي R اسيدي يا بازي، پپتيدها در pH فيزيولوژيك مولكولهايي داراي بار الكتريكي هستند.

 

پيوند پپتيدي بطور نسبي ماهيت پيوند دوگانه را دارد

هر چند براي نوشتن ساختمان پپتيدها اتمهاي آلفا- نيتروژن و آلفا-كربوكسيل توسط يك پيوند منفرد به هم متصل مي شوند، اين پيوند در حقيقت ماهيت يك پيوند دوگانه نسبي يا ناقص را دارد.

اتمهاي اطراف پيوندي كه اتمهاي C و N را بهم وصل مي كند آزادي چرخش ندارد. در نتيجه هر چهار اتمي كه در شكل زير نشان داده شده در يك صفحه قرار داشته يا Coplanar مي باشند. اين حالت نيمه سختي اتمها ماهيت زيادي در ساختمانهاي ديگر پروتئين در مراتب بالاتر از ساختمان اوليه دارد. بر عكس حالت فوق، اتمهاي اطراف بقيه پيوندهاي موجود در اسكلت پلي پپتيدي آزادي چرخش فراواني دارند.

ابعاد يك زنجيره پلي پپتيدي كاملاً گسترده شده. چهار اتمي كه در نواحي سايه دار مشخص شده اند در يك صفحه قرار داشته و پيوند

پلي پپتيدي را تشكيل مي دهند. اتم هايي كه در نواحي تيره قرار ندارند عبارتند از: اتم كربن آلفا، اتم هيدروژن آلفا و گروه R آلفاي هر

اسيد آمينه خاص.

نيروهاي غير كووالان بر شكل پپتيدها تاثير مي گذارند

با اينكه يك پلي پپتيد ممكن است آرايش فضايي متفاوتي داشته باشد، در يك محلول اشكال معدودي بصورت غالب وجود دارد. وجود اين اشكال خاص نشانه دخالت عواملي مانند موانع فضايي، تداخلات نيروهاي كلوني، پيوند هيدروژني و تداخلات هيدروفوبي مي باشد.

 

پپتيدها را مي توان بر اساس خاصيت يونيزاسيون آنها تشخيص داد

پپتيدها تنها داراي يك گروه α-آمينو آزاد و يك α-كربوكسيل آزاد هستند كه هر كدام از آنها در يك انتها قرار دارند. اين گروهها همانند حالت موجود در اسيدهاي آمينه آزاد، يونيزه هستند ولي بخاطر عدم وجود گروههاي با بار مخالف بر روي كربن α، ثابت هاي يونيزاسيون آنها متفاوت مي باشد. گروههاي α-آمينو و α-كربوكسيل تمامي اسيدهاي آمينه غير انتهايي در ايجاد پيوندهاي كووالان پپتيدي شركت مي كنند؛ لذا يونيزه نيستند و نقشي در رفتار اسيد- بازي كلي پپتيدها ندارند. هر چند، گروههاي R برخي اسيدهاي آمينه موجود در يك پپتيد، قابليت يونيزاسيون را دارد و اين گروهها در خصوصيت اسيد- بازي كلي مولكول همكاري مي كنند. بنابراين، رفتار اسيد- بازي يك پپتيد را مي توان از روي گروههاي آزاد α-آمينو و α- كربوكسيل و همچنين ماهيت و تعداد گروههاي R قابل يونيزاسيون موجود در آن پيش بيني نمود.

همانند اسيدهاي آمينه پپتيدها داراي منحني هاي مشخص تيتراسيون و يك pH ايزوالكتريك ( pI ) خاص مي باشند كه در آن pH حركتي در ميدان الكتريكي ندارند. از اين ويژگي در برخي از تكنيك ها براي جداسازي پپتيدها و پروتئين ها استفاده مي گردد. وقتي يك اسيد آمينه در ساختمان يك پپتيد قرار مي گيرد، مقدار  گروه R قابل يونيزاسيون آن مقداري تغيير مي نمايد. از دست رفتن بار گروههاي α- آمينو و α- كربوكسيل، تعامل با ساير گروههاي R پپتيدي و عوامل محيطي ديگر مي توانند بر روي   اثر بگذارند.

پپتيدها و پلي پپتيدها داراي فعاليت بيولوژيك، از نظر اندازه بسيار متفاوت هستند

در مورد ارتباط وزن هاي مولكولي پپتيدها و پروتئين هاي داراي فعاليت با عملكرد آنها، هيچ قاعده ي كلي وجود ندارد. اندازه پپتيدهاي طبيعي ممكن است از دو تا هزاران اسيد آمينه متفاوت باشد. حتي كوچكترين پپتيدها نيز اعمال بيولوژيكي مهم را انجام مي دهند. دي پپتيد L- آسپارتيل- L- فنيل آلانين متيل استر، بعنوان يك شيرين كننده مصنوعي است كه بطور تجارتي سنتز شده و بنام آسپارتام يا نوتراسوئيت مشهور مي باشد.

بسياري از پپتيدها اثرات خود را در غلظت هاي بسيار پايين به انجام مي رسانند. براي مثال، تعدادي از هورمونهاي موجود در مهره داران از جنس پپتيدهاي كوچك مي باشند. از جمله اين هورمون هاي عبارتند از اكسي توسين ( با 9 ريشه اسيد آمينه ) كه توسط هيپوفيز خلفي ترشح شده و انقباضات رحمي را تحريك مي كند، برادي كينين ( 9 ريشه اي ) كه مانع التهاب بافت مي گردد و فاكتور آزاد كننده تيروتروپين ( 3 ريشه اي ) كه در هيپوتالاموس ساخته شده و رهاسازي هورمونهاي ديگري بنام تيروتروپين از غده هيپوفيز قدامي را تحريك مي كند. تعدادي از سموم قارچي، نظير آمانيتين و همچنين بسياري از آنتي بيوتيكها نيز جزء پپتيدهاي كوچك مي باشند.

مولكولهاي داراي اندازه قدري بزرگتر، شامل اليگوپپتيدها و پلي پپتيدهاي كوچكي نظير هورمون انسولين پانكراس مي باشند كه از دو زنجير پلي پپتيدي، يكي با 30 و ديگري با 21 ريشه اسيد آمينه، تشكيل شده است. هورمون ديگر پانكراس، يعني گلوكاگون، 29 ريشه دارد و با فعاليت انسولين مخالفت مي كند.

تنوع قابل توجهي در طول زنجيره هاي پلي پپتيدي موجود در پروتئين ها وجود دارد. سيتوكروم c انساني از 104 ريشه اسيد آمينه تشكيل شده است كه در يك زنجير به يكديگر متصل هستند. كيموتريپسين گاوي داراي 245 ريشه مي باشد. اكثر پلي پپتيدهاي موجود در طبيعت، كمتر از 2000 ريشه اسيد آمينه دارند.

تعدادي از پروتئين ها از يك زنجير پلي پپتيدي تشكيل شده اند، ولي بقيه آنها، تحت عنوان پروتئين هاي چند زير واحدي، متشكل از دو يا چند پلي پپتيد هستند كه بطور غير كووالان به يكديگر متصل مي باشند. زنجيره پلي پپتيدي موجود در يك پروتئين چند زير واحدي ممكن است يكسان و يا متفاوت باشند. درصورتيكه حداقل دو زنجير مشابه باشد، پروتئين را اوليگومر گويند و واحدهاي مشابه ( متشكل از يك يا چند زنجير پلي پپتيدي ) را پروتومر مي نامند. براي مثال هموگلوبين از چهار زنجير، شامل دو زنجير مشابه α و دو زنجير مشابه β، تشكيل شده است كه توسط تعامل هاي غير كووالان در كنار يكديگر قرار دارند.

تعدادي از پروتئين ها داراي دو يا چند زنجيره پلي پپتيدي هستند كه توسط پيوندهاي كووالان به يكديگر متصل مي باشند. براي مثال، دو زنجيره پلي پپتيدي انسولين توسط پيوندهاي دي سولفيدي به يكديگر متصل هستند.

با تقسم وزن مولكولي بر 110 مي توان تعداد حدودي ريشه هاي اسيد آمينه موجود در يك پروتئين ساده فاقد گروه شيميايي ديگر را محاسبه نمود. هر چند متوسط وزن مولكولي 20 اسيد آمينه معمول در حدود 138 مي باشد، اسيدهاي آمينه كوچكتر در پروتئين ها فراوانتر هستند؛ در صورتيكه نسبت وجود اسيدهاي آمينه مختلف را در پروتئين ها در نظر بگيريم آنگاه وزن مولكولي متوسط به 128 نزديك مي گردد. از آنجايي كه براي ايجاد هر پيوند پپتيدي، يك مولكول آب ( وزن مولكولي برابر 18 ) برداشت مي شود، وزن مولكولي متوسط يك ريشه اسيد آمينه موجود در پروتئين ها برابر 110 خواهد بود.

پلي پپتيدها داراي تركيبات اسيد آمينه اي مشخصي هستند

در اثر هيدروليز اسيدي پپتيدها يا پروتئين ها، مخلوطي از α- آمينو اسيدهاي آزاد بدست مي آيد. با هيدروليز كامل هر نوع پروتئين نسبت يا مخلوط مشخصي از اسيدهاي آمينه مختلف را ايجاد مي نمايد. بيست اسيد آمينه معمول تقريباً هرگز به مقادير برابر در پروتئين ها وجود ندارند. تعدادي از اسيدهاي آمينه ممكن است تنها يكبار در ساختمان يك پروتئين خاص وجود داشته باشند و يا اصلاً در آن مشاهده نگردند؛ در حاليكه بقيه ممكن است به تعداد زياد ديده شوند.

جدول زير تركيب مخلوط هاي اسيد آمينه اي حاصل از هيدروليز كامل سيتوكروم c و كيموتريپسينوژن ( پيش ساز غير فعال آنزيم گوارشي كيموتريپسين )‌گاوي را نشان مي دهد. اين دو پروتئين كه اعمال بسيار متفاوتي انجام مي دهند، از نظر تعداد نسبي هر كدام از اسيدهاي آمينه موجود نيز تفاوت قابل توجهي دارند.

 

هيدروليز كامل به تنهايي براي آناليز دقيق تركيب اسيد آمينه اي كافي نيست. زيرا در طي آزمايش امكان انجام واكنشهاي جانبي وجود دارد. براي مثال، پيوندهاي آميدي موجود در زنجير جانبي آسپاراژين و گلوتامين در حضور اسيد شكسته شده و در نتيجه آن به ترتيب موجب توليد آسپارتات و گلوتامات مي گردد. در اثر هيدروليز اسيدي، زنجير جانبي تريپتوفان تقريباً بطور كامل تخريب مي گردد و مقادير كمي از سرين، ترئونين و تيروزين نيز از دست مي روند.

 

توالي پروتئين ها :‌تعيين ساختمان اوليه

تا زمانيكه درجه همگوني يك پپتيد كه به كمك روش SDS-PAGE تعيين مي شود به بيش از 95 درصد نرسد، اطلاعات مربوط به توالي پپتيدها قابل تفسير نخواهد بود. بنابراين لازم است ابتدا پپتيدها را به كمك تكنيكهاي مرسوم براي تخليص پروتئينها بصورت خالص تهيه كرد. از روش SDS-PAGE بطور گسترده براي تعيين وزن مولكولي پپتيدها با مقايسه قابليت تحرك آنها با پپتيدهاي استاندارد كه وزن مولكولي آنها مشخص شده است، استفاده مي شود.

معمولاً قبل از تعيين توالي اسيدهاي آمينه موجود در يك پپتيد تركيب اسيدهاي آمينه آن را تعيين مي كنند تا اشتباهات احتمالي مشخص شده و اطلاعات بعدي در مورد توالي اسيدهاي آمينه تاييد گردد. ابتدا پيوند پپتيدي متصل كننده اسيدهاي آمينه با روش هيدروليز شكسته مي شود، سپس اسيدهاي آمينه آزاد شده با روش HPLC يا كروماتوگرافي مبادله يوني جدا و مشخص مي شوند.

در هيچ فرآيندي هيدروليز پپتيدها بطور كامل و بدون از دست رفتن برخي تركيبات اعظم انجام نمي گيرد. روش انتخابي براي هيدروليز پپتيدها با استفاده از نمونه هاي تكثير شده در HCl 6 نرمال است كه در دماي 110 درجه سانتيگراد و در لوله هاي شيشه اي داراي خلاء و كاملا در  بسته به مدت 24، 48، 72، 96 ساعت قرار مي گيرند. اين فرايند تمام مولكول هاي تريپتوفان ( Trp ) و سيستئين ( Cys ) را تخريب كرده و در صورت وجود يونهاي فلزي برخي از مولكولهاي متيونين ( Met ) و تيروزين ( Tyr ) نيز از بين مي روند. اسيدهاي آمينه سرين ( Ser ) و ترئونين ( Thr ) نيز بطور كامل بدست نمي آيند. پيوندهاي بين دو مولكول والين ( Val-Val ) ، دو مولكول ايزولوسين ( Ile-Ile‌ ) و بين والين و ايزولوسين ( Val-Ile و Ile-Val ) در برابر هيدروليز بسيار مقاوم بوده، اما گلوتامين ( Gln ) و آسپاراژين ( Asn ) گروههاي آميد خود را از دست داده، به اسيد گلوتاميك ( Glu ) و اسيد آسپارتيك ( Asp‌ ) تبديل مي شوند.

سيستئين قبل از هيدروليز به اسيد سيستئيك كه يك تركيب مقاوم در برابر اسيد است تبديل مي شود. ميزان تريپتوفان به دنبال هيدروليز بازي تخمين زده مي شود. در اين فرايند اسيدهاي آمينه سرين، ترئونين، آرژنين، وسيستئين از بين مي روند. اطلاعات مربوط به سرين و ترئونين از زمان صفر هيدروليز استنتاج مي شود و ميزان والين و لوسين از اطلاعات ساعت 96 تخمين زده مي شود.

Sanger اولين كسي بود كه توالي يك پلي پپتيد را مشخص كرد. Sanger در روش خود ابتدا دو زنجيره پلي پپتيدي A و B انسولين را از هم جدا كرده و سپس آنها را به كمك روشهاي آنزيمي خاص به پپتيدهاي كوچكتري تقسيم كرد كه در اين پپتيدها برخي توالي هاي مشابه وجود داشت. وي سپس با استفاده از 1- فلوئور و 2 و 4- دي نيتروبنزن هر بار يك ريشه اسيد آمينه از انتهاي N اين پپتيدها را جدا و مشخص نمود. وي توانست با مقايسه تواليهاي مشابه پپتيدها ساختمان اوليه هر دو زنجير A و B را بطور قطعي مشخص كند.

 

بعدها دو تكنيك تازه تر باعث ايجاد تحولي در روش تعيين ساختمان اوليه پلي پپتيدها ( پروتئين ها ) شد. تكنيك نخست كه توسط Edman در سال 1967 ارائه شد روند برداشت متوالي اتوماتيك و تشخيص ريشه هاي اسيد آمينه انتهاي N بصورت مشتقات فنيل تيوهيدانتوئين آنها بود. تكنيك دوم معرفي شيوه تعيين توالي سريع DNA بود كه بطور مستقل از يكديگر توسط Sanger و توسط Maxam و Gilbert ارائه شد. در حال حاضر بهترين كار آن است كه از هر دو روش همراه با هم استفاده شود.

 

پيش از تعيين توالي اسيدهاي آمينه بايد پلي پپتيدهاي بزرگ را خرد كرد :

وسايل تعيين توالي اتوماتيك اسيدهاي آمينه ( Sequenator ) در مورد پلي پپتيدهايي كه بطول 20 تا 60 ريشه اسيد آمينه هستند، بهترين كارايي را دارند. بنابراين بهتر است خرد كردن مولكول پلي پپتيدهاي بزرگ بصورت اختصاصي و كامل و در جايگاههاي نسبتاً نادر انجام گيرد. تركيبات زير داراي اين خصوصيت هستند :

1.      CNBr : ابتدا ريشه هاي سيستئين با استفاده از اسيد يدواستيك تغيير داده مي شود، سپس مولكول CNBr عمل خرد كردن پپتيدها را از سمت CooH متيونين انجام مي دهد. چون متيونين بطور نسبتاً نادر در پلي پپتيدها يافته مي شود.

2.      تريپسين : اين آنزيم روي ناحيه CooH ليزين و آرژنين عمل مي كند. چنانچه ابتداي ريشه هاي ليزين با استفاده از انيدريد سيتراكونيك به مشتق خود تبديل شود، تريپسين تنها بر ريشه هاي آرژنين اثر خواهد كرد. تعداد ريشه هاي ليزين در پپتيدها نسبتاً بيشتر است. البته روش فوق براي خرد كردن قطعات بعدي به كمك CNBr مفيد است.

3.      ارتويدوزوبنزن : ريشه هاي نسبتاً نادر Trp-X را جدا مي كند. در اين روش نيازي به حفظ كردن ريشه هاي ديگر نيست.

4.      هيدروكسيلامين : اين ماده پيوندهاي نسبتاً نادر بين آسپاراژين و گليسين را قطع مي كند. با اين حال اين روش فايده كمي چنداني ندارد.

5.      پروتئاز V8 : از استافيلوكوك طلايي بدست مي آيد. ريشه هاي پپتيدي بين اسيد گلوتاميك و ريشه X را قطع مي كند. پيوند اسيد گلوتاميك- ليزين در مقابل عمل اين پروتئاز مقاوم است. انجام اين واكنش قبل از خرد كردن قطعات در مرحله بعدي توسط CNBr مفيد است.

6.      هيدروليز اسيدي ملايم : در اين روش پپتيد نادر بين اسيد آسپارتيك و پرولين شكسته مي شود.

 

مخلوط پپتيدها را قبل از تعيين توالي آنها بايد جدا كرد

براي تخليص قطعات بدست آمده عمدتاً از روشهاي زير استفاده مي شود :

1.      صافي روي ژل در محلول اسيد استيك يا اسيد فرميك.

2.      كروماتوگرافي روي مايع با فاز معكوس.

3.      كروماتوگرافي مبادله يوني روي فسفوسلولز يا سولفوفنيل ( Sephadex ) در محلول اسيد فسفريك

 

كروماتوگرافي مبادله يوني و الكتروفورز با ولتاژ بالا ( HVE‌)، مولكول ها را بر اساس بار الكتريكي جدا كرده و در مورد جداسازي پلي پپتيدها با وزن مولكولي پايين و نيز اسيدهاي آمينه قابل استفاده اند. مقدار pK براي گروه كربوكسيل انتهاي C در يك پلي پپتيد بيشتر از گروه آلفا كربوكسيل در اسيد آمينه مربوطه است. برعكس گروه آمين انتهاي N نسبت به اسيد آمينه مربوطه اسيد قويتر است.

فيلتراسيون روي ژل : در روش تعيين توالي اتوماتيك تعداد كمي از پپتيدهاي بزرگ ( 30 تا 100 ريشه ) مورد استفاده قرار مي گيرد. ولي با اين حال، ممكن است بسياري از پلي پپتيدها با وزن مولكولي بالا كه تخريب شده اند، نامحلول شوند زيرا طي فرايند تجزيه، ريشه هاي هيدروفوب كه درون ساختمان پلي پپتيد قرار داشته اند آشكار مي شوند. براي حل اين مشكل  مي توان از اوره، الكلها، اسيدهاي ارگانيك يا بازها استفاده كرد.

HPLC يا فاز معكوس : يك تكنيك موثر براي تخليص پپتيدهاي غير قطبي با وزن مولكولي بالا، كروماتوگرافي مايع با عملكرد بالا روي ماده غيرقطبي همراه با شستشو توسط حلال هاي قطبي است. براي تخليص مخلوطهاي مركب پپتيدي كه از هضم ناكامل پروتئين ها بدست مي آيند مي آيند مي توان از هر دو روش صافي روي ژل و HPLC فاز معكوس همراه با هم استفاده كرد.

HVE روي غربالهاي مولكولي : براي تسهيل جداسازي مولكولها مي توان از غربال مولكولي همراه با جداسازي بر اساس بار الكتريكي استفاده كرد. بيشترين ماده اي كه در اين زمينه بكار مي رود پليمري از آكريلاميد با پيوندهاي متقاطع است.

 

 

 

پپتيدهاي مهم طبيعي

1.       گلوتاتيون : تري پپتيد بسيار مهمي است كه در بافتهاي گياهي و جانوري به وفور وجود داشته و از ريشه هاي اسيد گلوتاميك، سيستئين و گليسين تشكيل شده است. گلوتاتيون در واكنش هاي اكسيداسيون- احياء شركت مي كند.

2.       كارنوزين و آنسرين : دي پپتيد β- آلانين و هيستيدين بوده و در عضلات پرندگان ديده مي شوند. آنسرين يك گروه متيل بيشتر از كارنوزين دارد و گاهي متيل كارنوزين هم ناميده مي شود.

 

3.       اكسي توسين و وازوپرسين : اين دو اوليگوپپتيد، 9 ريشه اي بوده و به عنوان هورمون عمل مي كنند. اكسي توسين از غده هيپوفيز قدامي ترشح شده و بر عضلات صاف و انقباضات رحمي اثر محرك دارد. وازوپرسين نيز از هيپوفيز ترشح شده و باعث افزايش فشار خون مي گردد.

 

4.       برادي كينين : يك پپتيد 9 ريشه اي ( نانوپپتيد ) است كه باعث كاهش فشار خون مي گردد. ساختمان آن به قرار زير است .                   Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg

 

5.       كورتيكوتروپين : يك هورمون موثر بر غدد فوق كليوي است كه از هيپوفيز قدامي ترشح مي گردد. كورتيكوتروپين داراي 39 ريشه است و باعث تحريك رشد و فعاليت متابوليكي كورتكس غدد فوق كليوي مي گردد.

 

6.       انسولين : انسولين پلي پپتيدي با 51 ريشه است كه از غده پانكراس ( لوزالمعده ) ترشح مي شود. سكانس يا توالي اسيدهاي آمينه موجود در ساختمان انسولين توسط « سانجر » در سال 1953 تعيين گرديد. انسولين باعث كاهش قند خون مي گردد.

روشهای بیوتکنولوژی اصلاح گیاهان دارویی

مقدمه
اگرچه کاشت گياهان دارويي به هزاران سال پيش باز مي‌گردد ولي بايد گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پيشرفت قابل ملاحظه‌اي صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتيوارهاي مفيد به‌دست آمده بر اثر اصلاح گياهان دارويي اندک است. هدف از اصلاح گياهان دارويي، افزايش کميت و کيفيت آن دسته از مواد مؤثره در اين گياهان است که در صنايع دارويي از اهميت خاصي برخوردار هستند. در سال‌هاي اخير توجه خاصي از جانب سازمان‌هاي مختلف در کشورهاي جهان در ارتباط با اصلاح اين گياهان صورت گرفته است. در این راستا استفاده از تکنیکهای وابسته به کشت بافت و بیوتکنولوژی به منظور ارتقاء صفات کمی و کیفی و کاهش زمان اصلاح نباتات از اهمیت خاصی برخوردار است.

کشت بافت
با تکنیک کشت بافت می توان از یک سلول به یک گیاه کامل دست یافت. در این تکنیک از روشهای جنین زایی ریزازدیادی و اندام زایی استفاده میگردد.استفاده از این تکنیک به همراه موتاسیون باعث سرعت بخشیدن به تکثیر انبوه تولید گیاهان عاری از بیماری انجام کار در تمام طول سال و کاهش هزینه خواهد شد.
اولین مرحله تکثیر قسمت مورد نظر در گیاه می باشد.پس از تعیین دز مناسب و انجام تیمار پرتوتابی و تکثیر دوباره گزینش درشرایط In-vitro با اعمال تیمار تنش صورت میگیرد .گیاهان گزینش شده بعد از انتقال به گلدان جهت سازگاری و تکثیر دوباره جهت سلکسیون انتهایی در مزرعه کشت شده و سپس مورد بررسی های تغییرات زنتیکی قرار خواهند گرفت.
يکي از بخش‌هاي مهم بيوتکنولوژي “کشت بافت” است که کاربردهاي مختلف آن در زمينه گياهان دارويي، از جنبه‌هاي مختلفي قابل بررسي است:
باززايي در شرايط آزمايشگاهي ( In-Vitro Regeneration )
تکثير گياهان در شرايط آزمايشگاهي، روشي بسيار مفيد جهت توليد داروهاي گياهي باکيفيت است. روش‌هاي مختلفي براي تکثير در آزمايشگاه وجود دارد که از جملة‌ آنها، ريزازديادي است. ريزازديادي فوايد زيادي نسبت به روش‌هاي سنتي تکثير دارد. با ريزازديادي مي‌توان نرخ تکثير را بالا برد و مواد گياهي عاري از پاتوژن توليد کرد. گزارش‌هاي زيادي در ارتباط با بکارگيري تکنيک ” کشت بافت ” جهت تکثير گياهان دارويي وجود دارد. با اين روش براي ايجاد کلون‌هاي گياهي از تيرة لاله در مدت 120 روز بيش از 400 گياه کوچک همگن و يک شکل گرفته شد که 90 درصد آنها به رشد معمولي خود ادامه دادند. براي اصلاح گل انگشتانه، از نظر صفات ساختاري، مقدار بيوماس، ميزان مواد مؤثره و غيره با مشکلات زيادي مواجه خواهيم شد ولي با تکثير رويشي اين گياه از راه کشت بافت و سلول، مي‌توان بر آن مشکلات غلبه نمود. چنان‌که مؤسسة گياهان دارويي بوداکالاز در مجارستان از راه کشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آکسفورد، توانست پايه‌هايي کاملاٌ همگن و يک شکل از گياه مذکور به‌دست آورد.
باززايي از طريق جنين‌‌زايي سوماتيک (غيرجنسي)
توليد و توسعة مؤثر جنين‌هاي سوماتيک، پيش‌نيازي براي توليد گياهان در سطح تجاري است. جنين‌زايي سوماتيک فرآيندي است که طي آن گروهي از سلول‌ها يا بافت‌هاي سوماتيک، جنين‌هاي سوماتيک تشکيل مي‌دهند. اين جنين‌ها شبيه جنين‌هاي زيگوتي (جنين‌هاي حاصل از لقاح جنسي) هستند و در محيط کشت مناسب مي‌توانند به نهال تبديل شوند. باززايي گياهان با استفاده از جنين‌زايي سوماتيک از يک سلول، در بسياري از گونه‌هاي گياهان دارويي به اثبات رسيده است. بنابراين در اين حالت با توجه به پتانسيل متفاوت سلول‌هاي مختلف در توليد يک ترکيب دارويي، مي‌توان گياهاني با ويژگي برتر نسبت به گياه اوليه توليد نمود.

حفاظت گونه‌هاي گياهان دارويي از طريق نگهداري در سرما
با تکيه بر کشت بافت و سلول مي‌توان براي نگهداري کالتيوارهاي مورد نظر در بانک ژن يا براي نگهداري طولاني مدت اندام‌هاي تکثير گياه در محيط نيتروژن مايع، اقدام نمود. نگهداري در سرما، يک تکنيک مفيد جهت حفاظت از کشت‌هاي سلولي در شرايط آزمايشگاهي است. در اين روش با استفاده از نيتروژن مايع (196- درجه سانتي‌گراد) فرآيند تقسيم سلولي و ساير فرآيندهاي متابوليکي و بيوشيميايي متوقف شده و در نتيجه مي‌توان بافت يا سلول گياهي را مدت زمان بيشتري نگهداري و حفظ نمود. با توجه به اينکه مي‌توان از کشت‌هاي نگهداري شده در سرما، گياه کامل باززايي کرد، لذا اين تکنيک مي‌تواند روشي مفيد جهت حفاظت از گياهان دارويي در معرض انقراض باشد. مثلاً بر اساس گزارشات منتشر شده، روش نگهداري در سرما، روشي مؤثر جهت نگهداري کشت‌هاي سلولي گياهان دارويي توليدکنندة آلکالوئيد همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. اين تکنيک، مي‌تواند جهت نگهداري طيفي از بافت‌هاي گياهي چون مريستم‌ها، بساک و دانة گرده، جنين، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود. تنها محدوديت اين روش، مشکل دسترسي به نيتروژن مايع است.
توليد متابوليت‌هاي ثانويه از گياهان دارويي
از لحاظ تاريخي، اگرچه تکنيک ” کشت بافت ” براي اولين بار، در سال‌هاي 1940-1939 در مورد گياهان به‌کار گرفته‌شد، ولي در سال 1956 بود که يک شرکت دارويي در کشور آمريکا ( Pfizer Inc ) اولين پتنت را در مورد توليد متابوليت‌ها با استفاده از کشت توده‌اي سلول‌ها منتشر کرد. کول و استابو (1967) و هبل و همکاران (توانستند مقادير بيشتري از ترکيبات ويسناجين ( Visnagin ) و ديوسجنين ( Diosgenin ) را با استفاده از کشت بافت نسبت به حالت طبيعي (استخراج از گياه کامل) به‌‌دست آورند. گياهان، منبع بسياري از مواد شيميايي هستند که به‌عنوان ترکيب دارويي مصرف مي‌شوند. فرآورده‌هاي حاصل از متابوليسم ثانويه گياهي ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترين ترکيب شيميايي گياهي ( Phytochemical ) هستند. با استفاد از کشت بافت مي‌توان متابوليت‌هاي ثانويه را در شرايط آزمايشگاهي توليد نمود. لازم به‌ذکر است که متابوليت‌هاي ثانويه، دسته‌اي از مواد شامل اسيدهاي پيچيده، لاکتون‌ها، فلاونوئيدها و آنتوسيانين‌ها هستند که به‌صورت عصاره يا پودرهاي گياهي در درمان بسياري از بيماري‌هاي شايع به‌کار برده مي‌شوند.
راهکارهاي افزايش متابوليت‌هاي ثانويه گياهي از طريق کشت بافت
1- استفاده از محرک‌هاي ( Elicitors ) زنده و غير زنده‌اي که مي‌توانند مسيرهاي متابوليکي سنتز متابوليت‌هاي ثانويه را تحت تأثير قرار داده و ميزان توليد آنها را افزايش دهند. لازم به‌ذکر است که اين محرک‌ها در شرايط طبيعي نيز بر گياه تأثير گذاشته و باعث توليد يک متابوليت خاص مي‌شوند.
2- افزودن ترکيب اولية ( Precursor ) مناسب به محيط‌کشت، با اين ديدگاه که توليد محصول نهايي در نتيجه وجود اين ترکيبات در محيط‌کشت، القاء شود.
3- افزايش توليد يک متابوليت ثانويه در اثر ايجاد ژنوتيپ‌هاي جديدي که از طريق امتزاج پروتوپلاست يا مهندسي ژنتيک، به‌دست مي‌آيند.
4- استفاده از مواد موتاژن جهت ايجاد واريته‌هاي پربازده
5- کشت بافت ريشة گياهان دارويي (ريشه، نسبت به بافت‌هاي گياهي ديگر، پتانسيل بيشتري جهت توليد متابوليت‌هاي ثانويه دارد)
مثال‌هاي قابل ذکر آنقدر زياد است که تصور مي‌شود هر ماده‌اي با منشاء گياهي، از جمله، متابوليت‌هاي ثانويه را مي‌توان به‌وسيلة کشت‌هاي سلولي توليد کرد: از جمله ترکيباتي که از طريق کشت سلولي و کشت بافت به توليد انبوه رسيده است،‌ داروي ضد سرطان تاکسول است. اين دارو که در درمان سرطان‌هاي سينه و تخمدان به‌کار مي‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L. ) استخراج مي‌گردد. از آنجايي‌که توليد تاکسول به‌دليل وجود 10 هستة استروئيدي در ساختار شيميايي آن بسيار مشکل است و جمعيت طبيعي درختان سرخدار نيز براي استخراج اين ماده بسيار اندک است، لذا راهکار ديگري را براي توليد تاکسول بايد به‌کار گرفت. در حال حاضر، براي توليد تاکسول از تکنيک کشت بافت و کشت قارچ‌هايي که بر روي درخت رشد کرده و تاکسول توليد مي‌کنند،‌ استفاده مي‌گردد.
سولاسودين ( Solasodine ) نيز از ترکيبات ديگري است که از طريق کشت سوسپانسيون سلولي گياه Solanum eleganifoliu به‌دست مي‌آيد. از جمله متابوليت‌هاي ديگري که از طريق تکنيک کشت بافت و در مقياس تجاري توليد مي‌شود، شيکونين ( Shikonin ) (رنگي با خاصيت ضد حساسيت و ضد باکتري) است. مثال‌هاي زير گوياي کارايي تکنيک کشت بافت در توليد متابوليت‌هاي ثانويه است.
توليد آلکالوئيد پيروليزيدين ( Pyrolizidine ) از کشت بافت ريشة Senecio sp ، سفالين ( Cephaelin ) و امتين ( Emetine ) از کشت کالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلکالوئيد کوئينولين ( Quinoline ) از کشت سوسپانسيون سلولي Cinchona ledgerione و افزايش بيوسنتز آلکالوئيدهاي ايندولي با استفاده از کشت سوسپانسيون سلولي گياه Catharanthus roseus .

استفاده از بيورآکتورها در توليد صنعتي متابوليت‌هاي ثانويه
توليد متابوليت ثانوية گياهي با خصوصيات دارويي در شرايط آزمايشگاهي، فوايد زيادي در مقايسه با استخراج اين ترکيبات از گياهان، تحت شرايط طبيعي دارد. کنترل دقيق پارامترهاي مختلف، سبب مي‌شود که کيفيت مواد حاصل در طول زمان تغيير نکند. درحالي که در شرايط طبيعي مرتباٌ تحت تأثير شرايط آب و هوايي و آفات است. تحقيقات زيادي در زمينة استفاده از کشت‌هاي سوسپانسيون و سلول گياهي براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه صورت گرفته است. از جمله ابزارهايي که براي کشت وسيع سلول‌هاي گياهي به‌کار رفته‌اند، بيورآکتورها هستند. بيورآکتورها، مهمترين ابزار در توليد تجاري متابوليت‌هاي ثانويه از طريق روش‌هاي بيوتکنولوژيک، محسوب مي‌شوند.
مزاياي استفاده از بيورآکتورها در کشت انبوه سلول‌هاي گياهي عبارتند از:
1- کنترل بهتر و دقيق‌تر شرايط خاص مورد نياز براي توليد صنعتي ترکيبات فعال زيستي از طريق کشت سوسپانسيون سلولي
2- امکان تثبيت شرايط در طول مراحل مختلف کشت سلولي در بيورآکتور
3- جابجايي و حمل‌ونقل آسان‌تر کشت (مثلاً، برداشتن مايه‌کوبه در اين حالت راحت است)
4- با توجه به اينکه در شرايط کشت سوسپانسيون، جذب مواد غذايي به‌وسيلة سلول‌ها افزايش مي‌يابد، لذا نرخ تکثير سلول‌ها زياد شده و به‌تبع آن ميزان محصول (ترکيب فعال زيستي) بيشتر مي‌شود.
5- در اين حال، گياهچه‌ها به آساني توليد و ازدياد مي‌شوند.
سيستم بيورآکتور براي کشت‌هاي جنين‌زا و ارگانزاي چندين گونة گياهي به‌کار رفته است که از آن‌جمله مي‌توان به توليد مقادير زيادي سانگئينارين ( sanguinarine ) از کشت سوسپانسيون سلولي Papaver somniferum با استفاده از بيورآکتور، اشاره کرد. با توجه به اينکه بيورآکتورها، شرايط بهينه را براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه از سلول‌هاي گياهي فراهم مي‌آورند، لذا تغييرات زيادي در جهت بهينه‌سازي اين سيستم‌ها، براي توليد مواد با ارزش دارويي (با منشأ گياهي) همچون جينسنوسايد ( ginsenoside ) و شيکونين صورت گرفته است.

نشانگرهاي مولکولي
بخش مهم بعدي داراي کاربرد فراوان در حوزة گياهان دارويي، “نشانگرهاي مولکولي” است. قبل از اينکه به موارد کاربرد نشانگرهاي مولکولي پرداخته شود، لازم است دلايل لزوم استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي ذکر شود:
دلايل استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي
فاکتورهايي همچون خاک و‌ شرايط آب و هوايي، بقاي يک گونة خاص و همچنين محتواي ترکيب دارويي اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند. در چنين حالاتي علاوه بر اينکه بين ژنوتيپ‌هاي مختلف يک گونه تفاوت ديده مي‌شود از لحاظ ترکيب دارويي فعال نيز با هم فرق مي‌کنند. در هنگام استفادة تجاري، از اين گياه دو فاکتور، کيفيت نهايي داروي استحصالي از اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند:
1- تغيير محتواي يک ترکيب دارويي خاص در گياه مورد نظر
2- اشتباه گرفتن يک ترکيب دارويي خاص با اثر کمتر که از گياهان ديگر به‌دست آمده است. به‌جاي ترکيب دارويي اصلي که از گياه اصلي به‌دست مي‌آيد.
چنين تفاوت‌هايي، مشکلات زيادي را در تعيين و تشخيص گياهان دارويي خاص، با استفاده از روش‌هاي سنتي (مرفولوژيکي و ميکروسکوپي)، به‌دنبال خواهد داشت. براي روشن‌شدن موضوع به مثال زير توجه کنيد:
کوئينون يک ترکيب دارويي است که از پوست درخت سينکونا ( cinchona ) به‌دست مي‌آيد. پوست درختان سينکونا که در جلگه‌ها کشت شده‌اند، حاوي کوئيوني است که از لحاظ دارويي فعال است. گونه‌هاي مشابهي از اين درخت وجود دارند که به‌روي تپه‌ها و زمين‌هاي شيبدار رشد مي‌کنند و از لحاظ مرفولوژيکي (شکل ظاهري) مشابه گونه‌هايي هستند که در جلگه‌ها رشد مي‌کنند، اما در اين گونه‌ها کوئيون فعال وجود ندارد.
در طول دهه‌هاي گذشته، ابزارهايي که براي استانداردسازي داروهاي گياهي به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزيابي ماکروسکوپيک و ميکروسکوپيک و همچنين تعيين نيمرخ شيميايي ( Chemoprofiling ) مواد گياهي بوده‌اند. قابل ذکر است که نيمرخ شيميايي، الگوي شيميايي ويژه‌اي براي يک گياه است که از تجزية عصارة‌ آن گياه به‌وسيلة تکنيک‌هايي چون TLC و HPTLC و HPLC به‌دست آمده است. ارزيابي ماکروسکوپيک مواد گياهي نيز بر اساس پارامترهايي چون شکل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصيات سطح گياه، مزه و غيره صورت مي‌گيرد. علاوه بر اين، بسياري از تکنيک‌هاي آناليز، همچون آناليز حجمي ( Volumetric Analysis )، کروماتوگرافي گازي (Gas Chromatography )، کروماتوگرافي ستوني ( Column Chromatography ) و روش‌هاي اسپکتروفتومتريک نيز براي کنترل کيفي و استانداردسازي مواد دارويي گياهي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
گرچه در روش‌هاي فوق، اطلاعات زيادي در مورد يک گياه دارويي و ترکيبات دارويي موجود در آن فراهم آيد، ولي مشکلات زيادي نيز به‌همراه دارد. مثلاً براي اينکه يک ترکيب شيميايي به‌عنوان يک نشانگر ( Marker ) جهت شناسايي يک گياه دارويي خاص، مورد استفاده قرار گيرد، بايد مختص همان‌گونة گياهي خاص باشد، در حالي‌که همة گياهان دارويي، داراي يک ترکيب شيميايي منحصربه‌فرد نيستند. همچنين بين بسياري از مولکول‌هاي شيميايي که به‌عنوان نشانگر و يا ترکيب دارويي خاص مدنظر هستند، هم‌پوشاني معني‌داري وجود دارد؛ اين موضوع در مورد ترکيبات فنولي و استرولي حادتر است.
يکي از عوامل مهم ديگري که استفاده از نيمرخ شيميايي را محدود مي‌سازد، ابهام در داده‌هاي حاصل از انگشت‌نگاري شيميايي (Chemical Fingerprinting) است. اين ابهام، در اثر تجمع مواد مصنوعي در پروفيل شيميايي حادث مي‌شود. علاوه بر اين، فاکتورهاي ديگري، پروفيل شيميايي يک گياه را تغيير مي‌دهند. که از جمله اين فاکتورها مي‌توان فاکتورهاي دروني چون عوامل ژنتيکي و فاکتورهاي بروني چون کشت، برداشت، خشک‌کردن و شرايط انبارداري گياهان دارويي را ذکر نمود. مطالعات شيموتاکسونوميکي (طبقه‌بندي گياهان بر اساس ترکيبات شيميايي موجود در گياه) که به‌طور معمول در آزمايشگاه‌هاي مختلف استفاده مي‌شوند، تنها مي‌توانند به‌عنوان معيار کيفي در مورد متابوليت‌هاي ثانويه، مورد استفاده قرار مي‌گيرند و براي تعيين کمي اين ترکيبات، استفاده از نشانگرهاي ويژه (شيميايي) که به‌کمک آن به آساني بتوان گونه‌هاي گياهان دارويي را از يکديگر تشخيص داد، يک الزام است. در اين رابطه، همان‌طور که در فوق ذکر شد، در هرگياه يک نشانگر منحصر به فرد را نمي‌توان يافت.
مشکلي که در شناسايي گونه‌هاي گياهان دارويي با استفاده از صفات مرفولوژيک وجود دارد، وجود نام‌هاي گياهشناسي متفاوت در مورد يک گياه در نواحي مختلف جهان است. در اين حالت ممکن است گونه‌هاي گياهان دارويي نادر و مفيد، با گونه‌هاي ديگري که از لحاظ مرفولوژيکي به گياه اصلي شبيه‌اند، اشتباه فرض شوند.
بنابراين، با توجه به مشکلات موجود در زمينة شناسايي گياهان دارويي با استفاده از روش‌هاي سنتي و با توجه به پيشرفت محققين در زمينة ايجاد نشانگرهاي DNA ‌،‌ استفاده از اين تکنيک‌هاي نوين مي‌تواند ابزاري قدرتمند در استفاده کارا از گونه‌هاي مؤثر دارويي محسوب شود. از جمله مزاياي اين نشانگرها، عدم وابستگي به سن و شرايط فيزيولوژيکي و محيطي گياه دارويي است. پروفيلي که از انگشت نگاري DNA يک گياه دارويي به‌دست مي‌آيد، کاملاً به همان گونه اختصاص دارد. همچنين براي استخراج DNA به‌عنوان مادة آزمايشي در آزمايشات نشانگرهاي مولکولي، علاوه بر بافت تازه، مي‌توان از بافت خشک نيز استفاده نمود و از اين رو، شکل فيزيکي نمونه براي ارزيابي آن گونه، اهميت ندارد. نشانگرهاي مختلفي بدين منظور ايجاد شده‌اند که از آن جمله مي‌توان به روش‌هاي مبتني بر هيبريداسيون (مانند RFLP )، روش‌هاي مبتني بر RCR (مانند AFLP ) و روش‌هاي مبتني بر توالي‌يابي (مانند ITS ) اشاره کرد.
برخي موارد کاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي

ارزيابي تنوع ژنتيکي و تعيين ژنوتيپ (Genotyping)
تحقيقات نشان داده است که شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ کمي و کيفي، تحت تأثير قرار مي‌دهد. بر پاية تحقيقات انجام شده، عوامل محيطي محل رويش گياهان دارويي در سه محور زير بر آنها تاثير مي‌گذارد:
1- تاثير بر مقدار کل مادة مؤثرة گياهان دارويي
2- تاثير بر عناصر تشکيل دهندة مواد مؤثره
3- تاثير بر مقدار توليد وزن خشک گياه
عوامل محيطي که تاثير بسيار عمده‌اي بر کميت و کيفيت مواد مؤثرة آنها مي‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبياري و ارتفاع محل. بنابراين نياز است که به‌دقت اين موضوع مورد بررسي قرار گيرد. به اين خاطر، بسياري از محققين، تأثير تنوع جغرافيايي بر گياهان دارويي را از لحاظ تغييرات در سطوح مولکول DNA (ژنتيک) مطالعه نموده‌اند. اين برآوردها از تنوع ژنتيکي مي‌تواند در طراحي برنامه‌هاي اصلاحي گياهان دارويي و همچنين مديريت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌کار رود.
شناسايي دقيق گياهان دارويي
از نشانگرهاي DNA مي‌توان براي شناسايي دقيق گونه‌هاي گياهان دارويي مهم، استفاده کرد. اهميت استفاده از اين نشانگرها، به‌ويژه در مورد گونه‌ها و يا واريته‌هايي که از لحاظ مرفولوژيکي و فيتوشيميايي به هم شبيهند، دوچندان مي‌شود. گاهي ممکن است بر اثر اصلاح گياهان دارويي کالتيوارهايي به‌وجود آيد که هر چند از نظر ظاهر با ساير افراد آن‌گونه تفاوتي ندارد ولي از نظر کميت و کيفيت مواد مؤثره اختلاف‌هاي زيادي با آنها داشته باشد. در اين حالت اصلاح‌کنندگان چنين گياهاني بايد تمام مشخصات آن کالتيوار را از نظر خصوصيات مواد مؤثره ارايه دهند که شناسايي و معرفي خصوصيات مذکور مستلزم صرف هزينه و زمان زياد از نظر کسب اطلاعات گسترده دربارة فرآيندهاي متابوليسمي گياه مربوطه است. به‌علاوه امکان تغييرپذيري وضعيت توليد و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رويش گياه همواره بايد مورد نظر اصلاح‌کننده قرار داشته‌باشد. به‌عنوان مثال، از نشانگرهاي RAPD و PBR براي شناسايي دقيق گونة P.ginseng در بين جمعيت‌هاي جينسنگ ( ginseng ) استفاده شده است. همچنين برخي از محققين از يک راهکار جديد به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) براي شناسايي دقيق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده کرده‌اند.
انتخاب کيموتايپ‌هاي (Chemotypes) مناسب به‌کمک نشانگر
علاوه بر شناسايي دقيق گونه‌ها، پيش‌بيني غلظت مادة شيميايي فعال گياهي (Active Phytochemical) نيز براي کنترل کيفي يک گياه دارويي مهم است . شناسايي نشانگرهاي (DNA QTL) که با مقدار آن ترکيب دارويي خاص همبستگي دارند، مي‌تواند جهت کنترل کيفي و کمي مواد خام گياهي، مؤثر واقع شود. لازم به‌ذکر است که تنها تفاوت بين کيموتايپ‌هاي مختلف، مقدار مادة شيميايي فعال آنها است. همچنين، پروفيل‌هاي حاصل از نشانگرهاي DNA مي‌توانند جهت تعيين روابط فيلوژنتيکي (خويشاوندي) بين کيموتايپ‌هاي مختلف يک گونه گياه دارويي به‌کار روند. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي به‌منظور تعيين رابطة بين نشانگرهاي DNA و تنوعات کمي وکيفي ترکيبات فعال دارويي در بين گونه‌ها و خويشاوندان نزديک گياهان دارويي، صورت گرفته و يا در حال انجام است. از طرفي، به‌کارگيري توأم تکنيک‌هاي مولکولي و تکنيک‌هاي آناليزي ديگر، چون TLC و HPLC ، مي‌تواند شناخت ما را نسبت به يک گونة دارويي خاص و به تبع آن کنترل کيفي و کمي ترکيب دارويي مورد نظر در سطح صنعتي، افزايش دهد. به‌عنوان مثال بررسي تنوع ژنتيکي Artemisia annua ، به‌عنوان منبع ترکيب ضد ملارياي آرتميزينين (artemisinin)، نشان مي‌دهد که ژنوتيپ‌هاي اين گياه در سراسر هند، از لحاظ محتواي اين ترکيب (مقدار مادة مؤثرة آرتمزينين)، تنوع نشان مي‌دهند. اين بررسي با استفاده از نشانگر RAPD (يک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

مهندسي ژنتيک
شاخة بعدي بيوتکنولوژي که در زمينة گياهان دارويي کاربردهاي فراواني دارد، “مهندسي ژنتيک” است. پيشرفت‌هاي اخير در زمينة ژنتيک گياهي و تکنولوژي DNA نوترکيب، کمک شاياني به بهبود و تقويت تحقيقات در زمينة بيوسنتز متابوليت‌هاي ثانويه کرده است. قسمت اعظمي از تحقيقات در زمينة متابوليت‌هاي ثانويه، به‌روي شناسايي و دستکاري ژنتيکي آنزيم‌هاي دخيل در مسير متابوليکي سنتز يک متابوليت ثانويه، متمرکز شده‌است. ابزار طبيعي که در فرآيند مهندسي ژنتيک و در اکثر گونه‌هاي گياهي و بخصوص گياهان دولپه به‌کار مي‌رود، يک باکتري خاکزي به‌نام آگروباکتريوم (Agrobacterium) است. گونه‌هاي مختلف اين باکتري، مهندسان طبيعي هستند که بيماري‌هاي‌ تومور گال طوقه‌ (Crown Gall Tumour) و ريشة مويي (Hairy Root) را در گياهان سبب مي‌شوند. تحقيقات نشان داده‌است که ريشه‌هاي مويي توليد شده به‌وسيلة گونه‌اي از اين باکتري به‌نام‌ A. rhizogenes ‌، بافتي مناسب براي توليد متابوليت ثانويه هستند. به علت پايداري و توليد زياد اين بافت‌ها در شرايط کشت عاري از هورمون، تاکنون گونه‌هاي دارويي زيادي با استفاده از اين باکتري تغيير يافته‌اند. که از آن جمله مي‌توان به کشت ريشة‌ مويي گياه دارويي Artemisia annua به‌منظور توليد ترکيب دارويي فعال، اشاره کرد. تحقيقات نشان داده است که شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ کمي و کيفي، تحت تأثير قرار مي‌دهد.
بنابراين مي‌توان ديد که مهندسي ژنتيک مي‌تواند به‌عنوان ابزاري قدرتمند جهت توليد متابوليت‌هاي ثانوية جديد و همچنين افزايش مقدار متابوليت‌هاي ثانويه موجود در يک گياه به‌کار رود.

 

سر فصل دروس دوره کارشناسی ارشد رشته بیوتکنولوژی کشاورزی

بیوشیمی

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

مقدمه- ساختمان پروتئین ها- ساختمان اسیدهای آمینه عمومی و انواع اسیدهای آمینه- پیوندهای پپتیدی- نقش پروتئینها در سلولهای زنده- پروتئین های ساختمانی و نقش آنها در سلولهای زنده- پروتئین های آنزیمی و  نقش آنها در سلولهای زنده- حفاظت آنزیمی و نقش فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی در آن- روش های اندازه گیری فعالیت آنزیمی- اساس و روشهای جداسازی و خالص سازی پروتئین ها- DNA و نقش آن در سنتز پروتئین ها- تغییرات مولکولی پس از سنتز در پروتئین ها.

میکروبیولوژی عمومی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

نظری: تاریخچه میکروب شناسی- طبقه بندی میکروبها- اثر عوامل مختلف روی میکروبها- خواص و اعمال باکتری ها- رنگ آمیزی میکروبها- محیطهای کشت و طرز تهییه آنها- میکروبولوژی و بهداشت مواد غذایی- سالم سازی شیر- میکروبولوژی سرکه- میکروبولوژی سیلوها- میکروبولوژی آبها- میکروبولوژی خاک.

عملی: آشنایی با لوازم کار آزمایشگاهی- روشهای استریل کردن- تهییه نمونه های آزمایشگاهی- رنگ آمیزی- جدا کردن میکروارگانیزم ها از یکدیگر(روشهای مکانیکی و روشهای ویژه)- شمارش میکرو ارگانیزم ها( مستقیم- به وسیله کشت و غیر مستقیم بوسیله فعالیت های متابولیک)

ژنتیک مولکولی مقدماتی

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

مقدمه- پیدایش ترسیم ژنتیک مولکولی-  ساختمان  DNA وRNA (اسیدهای نوکلئیک)- سنتز پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک- کار انواع RNA (mRNA. tRNA. rRNA) در پروتئین سازی- کد ژنتیکی- مراحل سنتز پروتئین- تفاوت سلولهای پروکاریوت و یوکاریوت از نظر کپی سازی و ترجمه mRNA- کنترل در پروکاریوت ها، اپرون ها، اپرون لاکتوز، آؤابیتوز، کنترل مرکب، گالاکتوز- کنترل اختتام نسخه برداری سنتز RNA و پروسس آن در یوکاریوتها- انترونها و آکسونها- تعریف بیولوژیکی ژن- سیسترون- ژنهای دوبل شده- DNAمکرر- فامیلیهای ژن- سنتز DNA، مرمت و مکانیزم حمل- شروع سنتز DNA در پروکاریوتها و یوکاریوتها- ساختمان کروموزوم: نوکلئوزومها، مرمت و نوترکیبی DNA_ ترانسپوزانهای باکتریایی_ ترانسپوزان در سلولهای یوکاریوت.

هورمونهای گیاهی و تمایز بافتها

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

هورمونها: مقدمه- تاریخچه هورمونهای گیاهی- ساختمان شیمیایی هورمونهای گیاهی- محل سنتز، بیوسنتز، مکانیزم عمل، انتقال و نقه تاثیر هورمونهای گیاهی مشتمل بر اکسینها، سیتوکنین ها، جیبرلینها، آبسسیک اسید و سایر بازدارنده های رشد-  اثرات متقابل هورمونهای گیاهی- کاربرد هورمونهای گیاهی در بیوتکنولوژی.

تمایز بافتی: مقدمه و تاریخچه- تعریف رشد- تکامل و تمایز- جذب مواد- تقسیم و رشد سلول- پدیده تروپیسم و فتو پریود- طرح ریزی، رشد و تکامل جنین- مریستم لایه های زاینده وسایر اندامها- تشکیل میوه و دانه به روشهای جنسی و غیر جنسی-  اثرات فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی بر مراحل مختلف رشد و تکامل گیاهی.

ریز ازدیادی و کشت بافتهای گیاهی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

نظری: مقدمه، تاریخچه، تجهیزات و ادوات لازم- محیطهای کشت و طرز تهیه آنها- گزینش ریز نمونه ها- روشهای جدا سازی و ضد عفونی بافتهای گیاهی- نگهداری و پرورش کشتها- عوامل موثر بر رشد و شکل زایی- مبانی و مراحل ریز ازدیادی و کشت بافت- ریز پیوندی- کشت مریستم- کشت نوک شاخه- کشت پنبه- کشت تعلیقی سلول- کشت پروتوپلاست- جنین زایی- کشت بساک و گرده- کشت تخمدان و تخمک- کشت جنین-کشت بذر- کشت هاگ- دگرگونی های ژنتیکی- بافت ناهمسانی و اپی ژنتیک در حین ریز ازدیادی- پیشرفتهای ریز ازدیادی در زمینه میوه ها، سبزی ها، گلها و کاربرد آن در تولید انبوه- فراورده های ثانویه در کشت بافت و ریز ازدیادی- نگهداری مواد ژنتیکی گیاهی.

عملی: آشنایی با وسایل و تجهیزات آزمایشگاهی کشت بافت- جداسازی و کشت انواع نمونه های گیاهی- بررسی اثر مواد تنظیم کننده رشد در کشت ضد عفونی شده بافتهای گیاهی.

بیوتکنولوژی گیاهی مقدماتی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

کاربرد مارکرهای مولکولی در ژنتیک و اصلاح نباتات- بررسی تنوع ژنتیکی در گیاهان- گروه بندی کلاستر و تعیین رابطه فیلوژنی- مارکرهای ایزوزایمی-تعیین کیفیت غلات و حبوبات با بررسی الگوی پروتئین ذخیره ای( گلیادین، گلوتنین، زئین، فازئولین و ...) تکنیک RFLP و کاربرد آن- تشخیص الگوی باندها- تکنیک RAPD

مهندسی ژنتیک(کلون کردن ژن)

تعداد واحد: 3

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ژنتیک مولکولی مقدماتی

سر فصل درس:

مقدمه- انواع ناقلها- تهیه DNA خالص- ایجاد تغییرات در DNA خالص (آنزیم های برنده و متصل کننده)- ایجاد DNA نوترکیب- انتقال DNA نوترکیب به باکتری- ناقلهای E.coli- ناقلها در مخمر گیاهان( سیستم آگروباکتریوم و ویروس ca mv) و سلولهای حیوانی- لایبراری ژنومی- cDNA لایبرری-انتخاب کلن خاص- روش شناسایی کلن- مطالعه ژن کلون شده- تعیین سیکونس- بروز ژن- شناسایی و بررسی محصول تولیدی ژن- کاربرد کلن کردن در بیوتکنولوژی- تولید هورمون ها و واکسن ها.

ژنتیک تکمیلی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

وراثت سیتوپلاسمی شامل: وجود ماده ژنی در داخل سیتوپلاسم، اهمیت وراثت سیتوپلاسمی در میکروارگانیزمها و اهمیت وراثت سیتوپلاسمی در گیاهان-  ژنتیک پلیپلوئید ها شامل: ژنتیک اتوپلوئیدها، ژنتیک آلوپلوئیدها و ژنتیک آنوپلوئیدها- موتاسیون و اصلاح نباتات شامل: عوامل جهش زا، طرز استفاده از عوامل جهش زا در ایجاد موتاسیون- ژنتیک میکروارگانیزم ها شامل: ژنتیک قارچها، ژنتیک باکتریها و ژنتیک ویروسها- ژنتیک خودناسازگاری، مهندسی ژنتیک در گیاهان.

اصلاح نباتات تکمیلی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

مقایسه روشهای مختلف اصلاح نباتات با یکدیگر- جمع آوری ارزیابی و نگهداری منابع ژنتیک گیاهی و استفاده از آن در اصلاح نباتات- استفاده از پلیپلوئیدی در اصلاح نباتات- به نژادی برای کیفیت مواد غذایی گیاه مانند روغن، پروتئین و غیره- به نژادی برای مقاومت به امراض و آفات- بهنژادی برای صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه- بهنژادی برای مقاومت به تنشهای محیطی مانند خشکی، شوری،سرما و غیره-اهمیت اثر متقابل ژنوتیپ ومحیط در اصلاح نباتات- اینبریدینگ و هتروزیس- نحوه اصلاح نباتات با استفاده از موتاسیون- بکرزایی و آپومیکسی در اصلاح نباتات-

اصلاح نباتات کاربردی

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

آشنایی با تکنیکها و روشهای مورد استفاده در تحقیقات بهنژادی در مزرعه، گلخانه و آزمایشگاه شامل: نحوه دو رگ گیری در گونه های مختلف گیاهی،اشکالات موجود و طرق رفع آنها- دورگ گیری با کاربرد نر عقیمی- روشهای نگهداری دانه گرده و تعیین میزان فعالیت آنها- چگونگی انجام برنامه موتاسیون در گیاه- نحوه ایجاد پلیپلوئیدی درگیاهان زراعی با کاربرد کلشی سین- نحوه مطالعه مقاومت به بیماریها در گیاهان- کنترل و گواهی بذر.

سیتوژنتیک

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

نظری: تاریخچه علوم سیتوژنتیک-آَنایی با انواع میکروسکوپ معمولی و میکروسکوپ الکترونی- کروموزومها شامل: انواع و ساختمان آنها- کاریوتیپ- تئوری کروموزومی وراثت- تغییرات ساختمان کروموزومها شامل: نقص کروموزومی، دو برابر شدن قطعات کروموزومی،انورسیون و مبادله قطعات کروموزومهای غیر هومولوگ-  تغییرات در تعداد کروموزومها شامل آنوپلوئیدی و پلی پلوئیدی- کراسینگ اوور و اثبات سیتولوژیکی آن- اثر مواد موتاژن و کلشی سین بر ساختمان و تعداد کروموزومها.

عملی: کار با انواع میکروسکوپ- رنگ آمیزی کروموزومها و مشاهده آنها در موجودات مختلف- مشاهده کروموزومهای غدد بزاقی مگس سرکه-شمارش کروموزومها و تهیه کاریوتیپ در یک گیاه یا حیوان- مشاهده و تشخیص پلی پلوئیدی- مشاهده تغییرات یک کروموزوم در یک موجود.

بیماریهای گیاهی تکمیلی

تعداد واحد: 3

نوع واحد:نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

قسمت اول: مطالب تکمیلی در مورد چگونگی آلودگی گیاه و مراحل مختلف آن توسط عوامل بیماریزا شامل قارچها، پروکاریوتها، نماتد ها و ویروسها- اثر عوامل بیماریزا روی پدیده فتوسنتز، تنفس، متابولیسم ازت و متابولیسم فنل- مکانیزم دفاع گیاه میزبان در مقابل عوامل بیماریزا.

قسمت دوم: مطالب تکمیلی و تازه های علمی در مورد شناسایی و طبقه بندی بیولوژی، فیزیولوژی و اپیدمیولوژی عوامل مهم بیماریزای گیاهان زراعی(غلات، علوفه، _{صنعتی و روغنی)، باغی(درختان میوه، دانه ریزها،سبزیجات، زینتی) و مرتعی که از} نظر اقتصادی و وسعت سطوح کشت در کشور دارای اهمیت میباشند.

بیومتری (2)

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

تجزیه واریانس دو طرفه با تعداد نمونه نامساوی- روشهای تکمیلیX²-  تجزیه کوواریانس- تابع تشخیص- تجزیه به عاملها- سری پواسن.

ژنتیک میکروبها

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ژنتیک مولکولی مقدماتی

سر فصل درس:

باکتری: اختصاصات عمومی- کشت باکتری- تهییه کشت خالص- موتاسیونها- ایزولاسیون موتانتها- تشخیص موتاسیونهای غذایی- موتاژنز- انواع پلاسمیدها و اختصاصات آنها- کپی سازی در پلاسمید- انتقال DNA پلاسمیدی ژنهای tra- کروموزوم باکتری- تلاقی باکتریایی- ترانسفورماسیون- نوترکیبی.

فاژها: اختصاصات عمومی- ساختمان- کشت- سیکل لایزوژنی- نوترکیبی در فاژها- فاژ T₄- فاژ ג سیکل زندگی- کپی سازی و سازمان ژنی- ترانسداکسیون.

کاربرد بیوتکنولوژی در گیاهپزشکی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: دروس الزامی+ بیماریهای گیاهی پیشرفته+ ژنتیک میکروبها

سر فصل درس:

نظری: 1. استفاده از تکنیکهای کشت بافت در بیماریهای گیاهی: تکثیر کلن، کشت مریستم انتهایی، کشت سلولی و واکنش آن در مقابل پارازیتها، سموم(Toxin) قارچکشها، ویروس کشها، پروتوپلاست گیاهی، سیستم آگروباکتریوم برای تولی گیاهان تراریخته با استفاده از تغییرات سوماکلونال برای تهییه گیاهان مقاوم،استفاده از هیبریداسیون سوماتیکی برای انتقال مقاومت به بیماری به گیاهان هاپلوئید- تهیه گیاهان مقاوم به علف کشبا استفاده از کشت بافت.

2. استفاده از مارکرهای مولکولی مانند آیزوزایم، RFLP  وRAPD جهت سلکسیون گیاهان مقاوم به بیماری و آفات

3. استفاده از DNA نوترکیب در گیاهپزشکی جهت تهیه گیاهان مقاوم به بیماری و آفات: کلن کردن ژن، لایبرری ژنومی، لایبرری cDNA، انواع ناقلهای کلن کردن در E.coli و باکتریها، ناقلهای کلن کردن در گیاهان، بررسی ژنهای بیماریزا و غیر بیماریزا در پارازیت ها و ژنهای مقاومت در گیاهان.

عملی: انجام عملیات کشت بافت و تکنیکهای آیزوزایم و الکتروفورز پروتئین کل.

کاربرد بیوتکنولوژی در زراعت و اصلاح نباتات

تعداد واحد: 2

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: دروس الزامی

سر فصل درس:

نظری: مقدمه- اهمیت کاربرد بیوتکنولوژی در اصلاح نباتات- کاربرد کشت بافت، سلول گیاهی و امتزاج پروتوپلاست در گیاهان مهم زراعی- کاربرد مارکرهای مولکولی مانند پروتئین ذخیره دانه، آِیزوزایم ها، RFLP و RAPD در گیاهان زراعی.

عملی: انجام عملیات کشت بافت و سلول گیاهی در چند گونه مهم زراعی- آشنایی با الکتروفورسیس برای پروتئین ذخیره دانه گندم در رابطه با ارزش نانوایی و کیفیت ماکارونی- آشنایی با تکنیکهای آیزوزیم، RFLP و RAPD در چند گیاه زراعی.

کاربرد بیوتکنولوژی در باغبانی

تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: دروس الزامی

سر فصل درس:

نظری: مقدمه- تاریخچه،اهمیت کاربردبیوتکنولوژی در تولید و تکثیر محصولات باغی(درخت میوه، سبزی، گل)- ریز ازدیادی محصولات باغی به روش کشت بافت- تولید محصولات باغی عاری از عوامل بیماریزا- ایجاد گیاهان هاپلوئید و دی هاپلوئید هیبریدهای بین گونه ای و سماتیکی- استفاده از مارکرهای مولکولی- ایجاد گیاهان ترانسژنیک و واریانت های ژنتیکی- تولید بذور مصنوعی-نگهداری منابع ژنتیکی- تولید مواد متابولیت ثانویه- تثبیت بیولوژیک ازت- مبارزه بیولوژیک بر علیه آفات- بیماریها و علفهای هرز.

عملی: انجام عملیات کشت سلول و بافت در یک گونه از محصولات باغی(درخت میوه، سبزی و گل).

کاربرد بیوتکنولوژی در گیاهان جنگلی

 تعداد واحد: 3

نوع واحد: 2 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: دروس الزامی

سر فصل درس:

نظری: مقدمه- تاریخچه- اهمیت کاربردبیوتکنولوژی در تولید و تکثیر درختان جنگلی- ریز ازدیادی درختان جنگلی به روش کشت بافت- تولید درختان عاری از عوامل بیماریزا- ایجاد هیبرید بین گونه ای و سوماتیکی- استفاده از مارکرهای مولکولی- ایجاد درختان ترانسژنیک و واریانت های ژنتیکی- نگهداری منابع ژنتیکی- تولید ترکیبات ثانویه- تثبیت بیولوژیکی ازت- مبارزه بیولوژیک بر علیه آفات، بیماریها و علفهای هرز.

عملی: انجام عملیات کشت سلول و بافت در یک گونه از درختان جنگلی.

کاربرد کامپیوتر در بیوتکنولوژی

تعداد واحد: 2

نوع واحد:1 واحد نظری و 1 واحد عملی

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

نظری: کاربرد کامپیوترهای PCدر بیوتکنولوژی: استفاده از بسته های نرم افزاری جهت ضبط اطلاعات- تجزیه و تحلیل آماری- تعیین توالی های ژنیو تهیه نقشه لینکاژ.

عملی: کار با کامپیوتر در موارد فوق.

بیولوژی سلول

تعداد واحد: 3

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

اصول مطالعه سلول: مروری بر ساختمان سلول و مفاهیم مربوط به آن- مولکولهای بیولوژیکی و انرژی های بیولوژیکی( شیمی اتم کربن، کربوهیدراتها، چربیها، پروتئینها، اسیدهای نوکلئیک و مولکولهای انرژی زا از قبیل ATP و غیره)- آنزیمها و نقش آنها در بیولوژی سلول- ساختمان دیواره سلول و نقش آن در حیات سلول( مدلهای ساختمانی، حرکت مواد از دیواره سلولی و ارتباطات بین سلولی)- مروری مختصر بر سیستم ژنتیک سلولی( ساختمان مواد توارثی DNA، RNA و فرایندهای همانند سازی و نسخه برداری).

اجزاء سیتوپلاسمی سلول: ریبوزومها و فرایند ترجمه( شکل کلی ریبوزوم و نحوه تشکیل آن، RNA، پروتئین سازی و ممانعت کننده های آن)- میتوکندریها و جریان انرژی سلول(فرم و ساختمان میتوکندری، جریان انتقال انرژی و ارتباطات مربوطه)- کلروپلاست و فتوسنتز(ساختار عمومی سیستم فتوسنتز، واکنشهای کلی مریوط به فتوسنتز، واکنشهای نوری فتوسنتز و فتوسیستمهای ⅠوⅡ، واکنشهای تاریکی،فتورسپیریشن یا (تنفس نوری) و ساختمان ژنتیکی کلروپلاستها- فعالیتهای ژنتیکی اجزاء سلولی( فعالیتهایDNA ریبوزومها و ژنها و پروتئین سازی در اجزاء سلولی مانند کلروپلاستها و میتوکندری)- دستگاه گلژِِی، لیزوزیم ها و میکروبادیها و نقش آنها در بیولوژی سلول- ساختمانهایی که با حرکت سلول ارتباط دارند(رشته های ماهیچه ها، سانتریولها، مژکها و تاژکها، دستگاه میتوزی، میکروفیلامنها)

مسائل اقتصادی- اجتماعی بیوتکنولوژِی

تعداد واحد: 2

نوع واحد: نظری

پیشنیاز: ندارد

سر فصل درس:

نقش بخش خصوصی و بخش عمومی در توسعه و نشر بیوتکنولوژِی در کشاورزی- بیوتکنولوژی و مسئله فقر در جهان سوم: بررسی اثر بیوتکنولوژی بر روی اشتغال ، تولید ناخالص ملی و توزیع درآمد: چگونگی توزیع منافع بیوتکنولوژی بین گروههای مختلف:زارعین خرده پا، زارعین بزرگ و مصرف کننده- اثر بیوتکنولوژی بر روی هزینه و در آمد محصولات کشاورزی- بیوتکنولوژی و نوسانات تولید و ریسک- بیوتکنولوژِی و توسعه پایدار: اثر بیوتکنولوژِی بر روی میزان مصرف سموم گیاهی و سایر نهاده های کشاورزی- بیوتکنولوژِی و شرکتهای چند ملیتی-  جنبه های حقوقی بیوتکنولوژِی- بررسی امکان انتقال بیوتکنولوژِی به کشورهای جهان سوم.

تفنگ ژنی

اين وسيله پيشرفته مشكلات انتقال ژن از عرض ديواره سلولي را حل كرده است.
تفنگ ژني در سال 1979 توسط John Stanford در دانشگاه Cornell ساخته شد و روش جديدي براي آسانتر نمودن انتقال ژن به سلولهاي گياهي كه آن زمان از ويروس ها و يا اگروباكتريوم(پلازميد ‏‏Ti) استفاده مي شد، مطرح ساخت.
امروزه تفنگ ژني موارد استفاده متعددي دارد، اين وسيله انتقال ژن به باكتري ها، مخمرها، سلولهاي پستانداران و مخصوصا سلولهايي كه انتقال ژن به آنها غير ممكن بود را امكان پذير ساخت. اين وسيله بصورت اختصاصي براي انتقال ژن به كلروپلاست بسيار مهم است، زيرا هيچ باكتري يا ويروسي شناخته نشده است تا بتواند كلروپلاست را آلوده نمايد. بنابراين براي انتقال ژن خارجي به كلروپلاست اين روش بسيار مفيد به نظر مي رسد.
سه روش عملي در مهندسي ژنتيك وجود دارد:
1- روش پلازميد. 2- روش وكتور. 3- روش تفنگ ژني(Biolistic).
يكي از شناخته شده ترين اين روشها، روش استفاده از پلازميد است. در اين روش بصورت عمومي از ميكرواورگانيسم هاي تغييير شكل يافته نظير باكترها استفاده مي شود. روش وكتور بسيار مشابه روش پلازميد است، با اين تفاوت كه در اين روش ژنوم مستقيما به يك وكتور ويروسي اضافه شود.
مكانيسم عمل تفنگ ژني:
تفنگ ژني قسمتي از روشي است كه به آنBiolistic ) ( گويند. اين روش Bioballistic نيز گفته مي شود. در اين روش تحت شرايط خاص، قطعاتي از DNA يا RNA با دنباله چسبناك را وارد اتم هاي فلزاتي نظير طلا يا تنگستن مي نمايند.
كمپلكسي از ذرات حاوي DNA را در خلا شتاب داده و با شتاب بسمت بافت هدف شليك مي كنند. براي ايجاد DNA پوشش دار،DNA را درحلالي كه حاوي ذرات فلزي است قرار مي دهند، عوامل ژنتيكي كه به اين صورت توليد مي شوند،
داخل فشنگ هايي قرار مي گيرند، بعد از شليك، يك صفحه سوراخدار از حركت فشنگ ها جلوگيري مي كند اما به ذرات طلا اجازه عبور مي دهد تا به بافت مورد نظر اصابت نمايد. سلولها عموما تمايل به بازجذب ژنهايي دارند كه داراي نشانه خاصي(ماركر) باشند( در سلولهاي گياهي بصورت عمومي از GUS استفاده مي كنند)، سپس در محيط كشت ژنها تكثير كرده و ممكن است، كلون شوند. بيشترين كاربرد متد Biolistic افزودن ژنهاي به گياهان استكه بتوانند در برابر قارچهاكشها و حشرات كشها مقاومت نمايند. براي شتاب دادن به ذرات طلا روشهاي متعددي بكار مي رود كه عبارتند از: مركز گرايي، نيروهاي مغناطيسي و الكتريكي، تفنگهاي افشانه اي يا واكسني و يا دستگاههايي كه اساس شتابدهي آنها، امواج شوكي هستند، همانند استفاده از تخليه الكتريكي) 1992). روشهاي عملي متعددي كه كاملا كنترل شده هستند، براي حداكثر كارآيي انتقال ژن بكار گرفته شده اند. ميزان پاسخ اين روش به عواملي مانند تعداد ذرات DNA پوشش دار، دما، تعداد سلولهاي بافت هدف، توانايي جذب DNA توسط سلول هدف و همچنين به نوع تفنگ مورد استفاده وابسته است.
نحوه عملكرد تفنگ ژني كه با گازهليوم كارمي كند و ذرات پوشش دار DNA را بسمت بافت هدف شليك مي كند. از موارد بسيار مهمي كه بايد در استفاده از تفنگ ژني در نظر گرفت، انتخاب اندازه ذرات پرتابي و سرعت شليك آنها بسمت بافتها است. بعنوان مثال بافتهاي نرم را نبايد در معرض بمباران ذرات پوشش دار با سرعت بالا قرار داد. اين فرآيند تنظيمي كاملا وابسته به جنس ذرات فلزي حاوي مولكولهاي DNA و نوع سلولهايي كه براي انتقال ژن در نظر گرفته شده اند، وابسته است.
استفاده ديگر تفنگ ژني انتقال اندامك هايي نظير كلروپلاست و ميتوكندري به سلولهاي مخمر مي باشد. توانايي انتقال اين اندامك ها بصورت معني داري در تحقيقات مربوط به مقاوم سازي بعضي از گياهان زراعي نسبت به حشره كش ها و قارچ كشها بسيار مهم است. همچنين نتايج تحقيقات جديد كه منجر به كشف روشهاي جديدي كه توسط آن ايمني زايي ژنتيكي با واكسيناسيون DNA، ژن درماني، ويروس شناسي گياهي و درمان تومورهاي سرطاني انجام پذيرفته است.

عمده ترين محدوديتهاي اين روش:

1- درصد پذيرش ذرات محتوي DNA توسط سلولها.

2- مرگ سلولهاي دريافت كننده ذرات پوشش دار.

3- عدم پذيرش DNA توسط كروموزومهاي سلولها.

4- عدم فعاليت DNA ايي كه دريافت شده است.

5- مواد، ابزارو دستگاههاي مورد استفاده در اين روش بسيار گران قيمت مي باشند.

يكي از دلايل مخالفت با اين روش اينستكه ژنهاي اضافه شده به مولكول DNA گياه و موجودات ديگر سبب نگراني عممومي شده است، زيرا اين ژن جديد بايد به گياهان اضافه شود تا بتواند ژنهاي مقاوم را به دانه هاي خود انتقال دهد و استفاده از اين دانه ها براي انسان و موجودات ديگر خطرناك باشد. 

تراریختی با استفاده از ویروسها به عنوان ناقل

پتانسیل استفاده از ویروسهای گیاهی برای مهندسی ژنتیک گیاه توجه زیادی را به خود معطوف داشته است. روش کلی شامل دستورزی ژنوم ویروس به منظور حذف ژنهای عامل بیماری و تکثیر ویروس آلوده کننده و نگهداری ژنهای لازم برای آلودگی اولیه و تکثیر می باشد.به جای ژنهای حذف شده، میتوان تراتبی از DNAی دلخواه برای استحاله گیاه را به نحو مطلوب، وارد ویروس کرد.به منظور به دست آوردن استحاله پایدار در نسلهای آینده،DNAی وارد شده به سلولها، بایستی با کروموزومهای گیاه ادغام شود و جزئی از ساختمان کروموزومهای گیاه گردد.

مناسبترین ویروس گیاهی جهت استفاده به عنوان ناقل، ویروس موزائیک گل کولی است(CaMV)، که گیاهان خانواده کلم را آلوده میکند و به میزان کمتری گیاهان خانواده دیگر را. این ویروس مثل غالب ویروسهای گیاهی دیگر در جزء آلوده کنندگی خود به جای اینکه DNA داشته باشد،RNAدارد اما این ویروس یک رتروویروس است، نوعی از ویروس که در حیوانات شایع و بسیار مطالعه شده است. RNAی ویروس پس از آلوده کردن گیاه تکثیر نمی شود، بلکه توسط آنزیم ترانسپیکاز معکوس که توسط خود ویروس کد میگردد، به DNA نسخه برداری میشود. سپس نسخه DNAی ویروس در درون سلولهای گیاه تکثیر می شود و برای ساختن RNAی آلوده کننده بیشتری مورد ترجمه قرار میگیرد. این روش زندگی مخصوص رترویروسها است. این واقعیت که این ویروسها مکانیسمهای موثری برای تکثیر به صورت DNA، درسلول میزبان با خود همراه دارند، به آنها، جهت استفاده به عنوان ناقل، ویژگی خاصی اعطا کرده است.

به رغم تناسب ظاهری آن، استفاده از CaMV به عنوان وکتور کار ساده ای نیست. این ویروس تحمل زیادی به تغییرات ژنومی نشان نمی دهد و ممکن است در صورت پذیرش قطعه خارجی، در توانایی تکثیر آن اختلال ایجاد شود. مسئله خنثی کردن ویروس از نظر بیماری زایی به طوری که بتواند به گیاه وارد شود و DNAی خود را تکثیر نماید و دیگر جزء آلوده کننده را تشکیل ندهد و بیماری ایجاد نکند، نیز از مشکلاتی است که حل نشده است.

روشهای بیوتکنولوژی اصلاح گیاهان دارویی

مقدمه
اگرچه کاشت گياهان دارويي به هزاران سال پيش باز مي‌گردد ولي بايد گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پيشرفت قابل ملاحظه‌اي صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتيوارهاي مفيد به‌دست آمده بر اثر اصلاح گياهان دارويي اندک است. هدف از اصلاح گياهان دارويي، افزايش کميت و کيفيت آن دسته از مواد مؤثره در اين گياهان است که در صنايع دارويي از اهميت خاصي برخوردار هستند. در سال‌هاي اخير توجه خاصي از جانب سازمان‌هاي مختلف در کشورهاي جهان در ارتباط با اصلاح اين گياهان صورت گرفته است. در این راستا استفاده از تکنیکهای وابسته به کشت بافت و بیوتکنولوژی به منظور ارتقاء صفات کمی و کیفی و کاهش زمان اصلاح نباتات از اهمیت خاصی برخوردار است.

کشت بافت
با تکنیک کشت بافت می توان از یک سلول به یک گیاه کامل دست یافت. در این تکنیک از روشهای جنین زایی ریزازدیادی و اندام زایی استفاده میگردد.استفاده از این تکنیک به همراه موتاسیون باعث سرعت بخشیدن به تکثیر انبوه تولید گیاهان عاری از بیماری انجام کار در تمام طول سال و کاهش هزینه خواهد شد.
اولین مرحله تکثیر قسمت مورد نظر در گیاه می باشد.پس از تعیین دز مناسب و انجام تیمار پرتوتابی و تکثیر دوباره گزینش درشرایط In-vitro با اعمال تیمار تنش صورت میگیرد .گیاهان گزینش شده بعد از انتقال به گلدان جهت سازگاری و تکثیر دوباره جهت سلکسیون انتهایی در مزرعه کشت شده و سپس مورد بررسی های تغییرات زنتیکی قرار خواهند گرفت.
يکي از بخش‌هاي مهم بيوتکنولوژي “کشت بافت” است که کاربردهاي مختلف آن در زمينه گياهان دارويي، از جنبه‌هاي مختلفي قابل بررسي است:
باززايي در شرايط آزمايشگاهي ( In-Vitro Regeneration )
تکثير گياهان در شرايط آزمايشگاهي، روشي بسيار مفيد جهت توليد داروهاي گياهي باکيفيت است. روش‌هاي مختلفي براي تکثير در آزمايشگاه وجود دارد که از جملة‌ آنها، ريزازديادي است. ريزازديادي فوايد زيادي نسبت به روش‌هاي سنتي تکثير دارد. با ريزازديادي مي‌توان نرخ تکثير را بالا برد و مواد گياهي عاري از پاتوژن توليد کرد. گزارش‌هاي زيادي در ارتباط با بکارگيري تکنيک ” کشت بافت ” جهت تکثير گياهان دارويي وجود دارد. با اين روش براي ايجاد کلون‌هاي گياهي از تيرة لاله در مدت 120 روز بيش از 400 گياه کوچک همگن و يک شکل گرفته شد که 90 درصد آنها به رشد معمولي خود ادامه دادند. براي اصلاح گل انگشتانه، از نظر صفات ساختاري، مقدار بيوماس، ميزان مواد مؤثره و غيره با مشکلات زيادي مواجه خواهيم شد ولي با تکثير رويشي اين گياه از راه کشت بافت و سلول، مي‌توان بر آن مشکلات غلبه نمود. چنان‌که مؤسسة گياهان دارويي بوداکالاز در مجارستان از راه کشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آکسفورد، توانست پايه‌هايي کاملاٌ همگن و يک شکل از گياه مذکور به‌دست آورد.
باززايي از طريق جنين‌‌زايي سوماتيک (غيرجنسي)
توليد و توسعة مؤثر جنين‌هاي سوماتيک، پيش‌نيازي براي توليد گياهان در سطح تجاري است. جنين‌زايي سوماتيک فرآيندي است که طي آن گروهي از سلول‌ها يا بافت‌هاي سوماتيک، جنين‌هاي سوماتيک تشکيل مي‌دهند. اين جنين‌ها شبيه جنين‌هاي زيگوتي (جنين‌هاي حاصل از لقاح جنسي) هستند و در محيط کشت مناسب مي‌توانند به نهال تبديل شوند. باززايي گياهان با استفاده از جنين‌زايي سوماتيک از يک سلول، در بسياري از گونه‌هاي گياهان دارويي به اثبات رسيده است. بنابراين در اين حالت با توجه به پتانسيل متفاوت سلول‌هاي مختلف در توليد يک ترکيب دارويي، مي‌توان گياهاني با ويژگي برتر نسبت به گياه اوليه توليد نمود.

حفاظت گونه‌هاي گياهان دارويي از طريق نگهداري در سرما
با تکيه بر کشت بافت و سلول مي‌توان براي نگهداري کالتيوارهاي مورد نظر در بانک ژن يا براي نگهداري طولاني مدت اندام‌هاي تکثير گياه در محيط نيتروژن مايع، اقدام نمود. نگهداري در سرما، يک تکنيک مفيد جهت حفاظت از کشت‌هاي سلولي در شرايط آزمايشگاهي است. در اين روش با استفاده از نيتروژن مايع (196- درجه سانتي‌گراد) فرآيند تقسيم سلولي و ساير فرآيندهاي متابوليکي و بيوشيميايي متوقف شده و در نتيجه مي‌توان بافت يا سلول گياهي را مدت زمان بيشتري نگهداري و حفظ نمود. با توجه به اينکه مي‌توان از کشت‌هاي نگهداري شده در سرما، گياه کامل باززايي کرد، لذا اين تکنيک مي‌تواند روشي مفيد جهت حفاظت از گياهان دارويي در معرض انقراض باشد. مثلاً بر اساس گزارشات منتشر شده، روش نگهداري در سرما، روشي مؤثر جهت نگهداري کشت‌هاي سلولي گياهان دارويي توليدکنندة آلکالوئيد همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. اين تکنيک، مي‌تواند جهت نگهداري طيفي از بافت‌هاي گياهي چون مريستم‌ها، بساک و دانة گرده، جنين، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود. تنها محدوديت اين روش، مشکل دسترسي به نيتروژن مايع است.
توليد متابوليت‌هاي ثانويه از گياهان دارويي
از لحاظ تاريخي، اگرچه تکنيک ” کشت بافت ” براي اولين بار، در سال‌هاي 1940-1939 در مورد گياهان به‌کار گرفته‌شد، ولي در سال 1956 بود که يک شرکت دارويي در کشور آمريکا ( Pfizer Inc ) اولين پتنت را در مورد توليد متابوليت‌ها با استفاده از کشت توده‌اي سلول‌ها منتشر کرد. کول و استابو (1967) و هبل و همکاران (توانستند مقادير بيشتري از ترکيبات ويسناجين ( Visnagin ) و ديوسجنين ( Diosgenin ) را با استفاده از کشت بافت نسبت به حالت طبيعي (استخراج از گياه کامل) به‌‌دست آورند. گياهان، منبع بسياري از مواد شيميايي هستند که به‌عنوان ترکيب دارويي مصرف مي‌شوند. فرآورده‌هاي حاصل از متابوليسم ثانويه گياهي ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترين ترکيب شيميايي گياهي ( Phytochemical ) هستند. با استفاد از کشت بافت مي‌توان متابوليت‌هاي ثانويه را در شرايط آزمايشگاهي توليد نمود. لازم به‌ذکر است که متابوليت‌هاي ثانويه، دسته‌اي از مواد شامل اسيدهاي پيچيده، لاکتون‌ها، فلاونوئيدها و آنتوسيانين‌ها هستند که به‌صورت عصاره يا پودرهاي گياهي در درمان بسياري از بيماري‌هاي شايع به‌کار برده مي‌شوند.
راهکارهاي افزايش متابوليت‌هاي ثانويه گياهي از طريق کشت بافت
1- استفاده از محرک‌هاي ( Elicitors ) زنده و غير زنده‌اي که مي‌توانند مسيرهاي متابوليکي سنتز متابوليت‌هاي ثانويه را تحت تأثير قرار داده و ميزان توليد آنها را افزايش دهند. لازم به‌ذکر است که اين محرک‌ها در شرايط طبيعي نيز بر گياه تأثير گذاشته و باعث توليد يک متابوليت خاص مي‌شوند.
2- افزودن ترکيب اولية ( Precursor ) مناسب به محيط‌کشت، با اين ديدگاه که توليد محصول نهايي در نتيجه وجود اين ترکيبات در محيط‌کشت، القاء شود.
3- افزايش توليد يک متابوليت ثانويه در اثر ايجاد ژنوتيپ‌هاي جديدي که از طريق امتزاج پروتوپلاست يا مهندسي ژنتيک، به‌دست مي‌آيند.
4- استفاده از مواد موتاژن جهت ايجاد واريته‌هاي پربازده
5- کشت بافت ريشة گياهان دارويي (ريشه، نسبت به بافت‌هاي گياهي ديگر، پتانسيل بيشتري جهت توليد متابوليت‌هاي ثانويه دارد)
مثال‌هاي قابل ذکر آنقدر زياد است که تصور مي‌شود هر ماده‌اي با منشاء گياهي، از جمله، متابوليت‌هاي ثانويه را مي‌توان به‌وسيلة کشت‌هاي سلولي توليد کرد: از جمله ترکيباتي که از طريق کشت سلولي و کشت بافت به توليد انبوه رسيده است،‌ داروي ضد سرطان تاکسول است. اين دارو که در درمان سرطان‌هاي سينه و تخمدان به‌کار مي‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L. ) استخراج مي‌گردد. از آنجايي‌که توليد تاکسول به‌دليل وجود 10 هستة استروئيدي در ساختار شيميايي آن بسيار مشکل است و جمعيت طبيعي درختان سرخدار نيز براي استخراج اين ماده بسيار اندک است، لذا راهکار ديگري را براي توليد تاکسول بايد به‌کار گرفت. در حال حاضر، براي توليد تاکسول از تکنيک کشت بافت و کشت قارچ‌هايي که بر روي درخت رشد کرده و تاکسول توليد مي‌کنند،‌ استفاده مي‌گردد.
سولاسودين ( Solasodine ) نيز از ترکيبات ديگري است که از طريق کشت سوسپانسيون سلولي گياه Solanum eleganifoliu به‌دست مي‌آيد. از جمله متابوليت‌هاي ديگري که از طريق تکنيک کشت بافت و در مقياس تجاري توليد مي‌شود، شيکونين ( Shikonin ) (رنگي با خاصيت ضد حساسيت و ضد باکتري) است. مثال‌هاي زير گوياي کارايي تکنيک کشت بافت در توليد متابوليت‌هاي ثانويه است.
توليد آلکالوئيد پيروليزيدين ( Pyrolizidine ) از کشت بافت ريشة Senecio sp ، سفالين ( Cephaelin ) و امتين ( Emetine ) از کشت کالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلکالوئيد کوئينولين ( Quinoline ) از کشت سوسپانسيون سلولي Cinchona ledgerione و افزايش بيوسنتز آلکالوئيدهاي ايندولي با استفاده از کشت سوسپانسيون سلولي گياه Catharanthus roseus .

استفاده از بيورآکتورها در توليد صنعتي متابوليت‌هاي ثانويه
توليد متابوليت ثانوية گياهي با خصوصيات دارويي در شرايط آزمايشگاهي، فوايد زيادي در مقايسه با استخراج اين ترکيبات از گياهان، تحت شرايط طبيعي دارد. کنترل دقيق پارامترهاي مختلف، سبب مي‌شود که کيفيت مواد حاصل در طول زمان تغيير نکند. درحالي که در شرايط طبيعي مرتباٌ تحت تأثير شرايط آب و هوايي و آفات است. تحقيقات زيادي در زمينة استفاده از کشت‌هاي سوسپانسيون و سلول گياهي براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه صورت گرفته است. از جمله ابزارهايي که براي کشت وسيع سلول‌هاي گياهي به‌کار رفته‌اند، بيورآکتورها هستند. بيورآکتورها، مهمترين ابزار در توليد تجاري متابوليت‌هاي ثانويه از طريق روش‌هاي بيوتکنولوژيک، محسوب مي‌شوند.
مزاياي استفاده از بيورآکتورها در کشت انبوه سلول‌هاي گياهي عبارتند از:
1- کنترل بهتر و دقيق‌تر شرايط خاص مورد نياز براي توليد صنعتي ترکيبات فعال زيستي از طريق کشت سوسپانسيون سلولي
2- امکان تثبيت شرايط در طول مراحل مختلف کشت سلولي در بيورآکتور
3- جابجايي و حمل‌ونقل آسان‌تر کشت (مثلاً، برداشتن مايه‌کوبه در اين حالت راحت است)
4- با توجه به اينکه در شرايط کشت سوسپانسيون، جذب مواد غذايي به‌وسيلة سلول‌ها افزايش مي‌يابد، لذا نرخ تکثير سلول‌ها زياد شده و به‌تبع آن ميزان محصول (ترکيب فعال زيستي) بيشتر مي‌شود.
5- در اين حال، گياهچه‌ها به آساني توليد و ازدياد مي‌شوند.
سيستم بيورآکتور براي کشت‌هاي جنين‌زا و ارگانزاي چندين گونة گياهي به‌کار رفته است که از آن‌جمله مي‌توان به توليد مقادير زيادي سانگئينارين ( sanguinarine ) از کشت سوسپانسيون سلولي Papaver somniferum با استفاده از بيورآکتور، اشاره کرد. با توجه به اينکه بيورآکتورها، شرايط بهينه را براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه از سلول‌هاي گياهي فراهم مي‌آورند، لذا تغييرات زيادي در جهت بهينه‌سازي اين سيستم‌ها، براي توليد مواد با ارزش دارويي (با منشأ گياهي) همچون جينسنوسايد ( ginsenoside ) و شيکونين صورت گرفته است.

نشانگرهاي مولکولي
بخش مهم بعدي داراي کاربرد فراوان در حوزة گياهان دارويي، “نشانگرهاي مولکولي” است. قبل از اينکه به موارد کاربرد نشانگرهاي مولکولي پرداخته شود، لازم است دلايل لزوم استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي ذکر شود:
دلايل استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي
فاکتورهايي همچون خاک و‌ شرايط آب و هوايي، بقاي يک گونة خاص و همچنين محتواي ترکيب دارويي اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند. در چنين حالاتي علاوه بر اينکه بين ژنوتيپ‌هاي مختلف يک گونه تفاوت ديده مي‌شود از لحاظ ترکيب دارويي فعال نيز با هم فرق مي‌کنند. در هنگام استفادة تجاري، از اين گياه دو فاکتور، کيفيت نهايي داروي استحصالي از اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند:
1- تغيير محتواي يک ترکيب دارويي خاص در گياه مورد نظر
2- اشتباه گرفتن يک ترکيب دارويي خاص با اثر کمتر که از گياهان ديگر به‌دست آمده است. به‌جاي ترکيب دارويي اصلي که از گياه اصلي به‌دست مي‌آيد.
چنين تفاوت‌هايي، مشکلات زيادي را در تعيين و تشخيص گياهان دارويي خاص، با استفاده از روش‌هاي سنتي (مرفولوژيکي و ميکروسکوپي)، به‌دنبال خواهد داشت. براي روشن‌شدن موضوع به مثال زير توجه کنيد:
کوئينون يک ترکيب دارويي است که از پوست درخت سينکونا ( cinchona ) به‌دست مي‌آيد. پوست درختان سينکونا که در جلگه‌ها کشت شده‌اند، حاوي کوئيوني است که از لحاظ دارويي فعال است. گونه‌هاي مشابهي از اين درخت وجود دارند که به‌روي تپه‌ها و زمين‌هاي شيبدار رشد مي‌کنند و از لحاظ مرفولوژيکي (شکل ظاهري) مشابه گونه‌هايي هستند که در جلگه‌ها رشد مي‌کنند، اما در اين گونه‌ها کوئيون فعال وجود ندارد.
در طول دهه‌هاي گذشته، ابزارهايي که براي استانداردسازي داروهاي گياهي به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزيابي ماکروسکوپيک و ميکروسکوپيک و همچنين تعيين نيمرخ شيميايي ( Chemoprofiling ) مواد گياهي بوده‌اند. قابل ذکر است که نيمرخ شيميايي، الگوي شيميايي ويژه‌اي براي يک گياه است که از تجزية عصارة‌ آن گياه به‌وسيلة تکنيک‌هايي چون TLC و HPTLC و HPLC به‌دست آمده است. ارزيابي ماکروسکوپيک مواد گياهي نيز بر اساس پارامترهايي چون شکل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصيات سطح گياه، مزه و غيره صورت مي‌گيرد. علاوه بر اين، بسياري از تکنيک‌هاي آناليز، همچون آناليز حجمي ( Volumetric Analysis )، کروماتوگرافي گازي (Gas Chromatography )، کروماتوگرافي ستوني ( Column Chromatography ) و روش‌هاي اسپکتروفتومتريک نيز براي کنترل کيفي و استانداردسازي مواد دارويي گياهي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
گرچه در روش‌هاي فوق، اطلاعات زيادي در مورد يک گياه دارويي و ترکيبات دارويي موجود در آن فراهم آيد، ولي مشکلات زيادي نيز به‌همراه دارد. مثلاً براي اينکه يک ترکيب شيميايي به‌عنوان يک نشانگر ( Marker ) جهت شناسايي يک گياه دارويي خاص، مورد استفاده قرار گيرد، بايد مختص همان‌گونة گياهي خاص باشد، در حالي‌که همة گياهان دارويي، داراي يک ترکيب شيميايي منحصربه‌فرد نيستند. همچنين بين بسياري از مولکول‌هاي شيميايي که به‌عنوان نشانگر و يا ترکيب دارويي خاص مدنظر هستند، هم‌پوشاني معني‌داري وجود دارد؛ اين موضوع در مورد ترکيبات فنولي و استرولي حادتر است.
يکي از عوامل مهم ديگري که استفاده از نيمرخ شيميايي را محدود مي‌سازد، ابهام در داده‌هاي حاصل از انگشت‌نگاري شيميايي (Chemical Fingerprinting) است. اين ابهام، در اثر تجمع مواد مصنوعي در پروفيل شيميايي حادث مي‌شود. علاوه بر اين، فاکتورهاي ديگري، پروفيل شيميايي يک گياه را تغيير مي‌دهند. که از جمله اين فاکتورها مي‌توان فاکتورهاي دروني چون عوامل ژنتيکي و فاکتورهاي بروني چون کشت، برداشت، خشک‌کردن و شرايط انبارداري گياهان دارويي را ذکر نمود. مطالعات شيموتاکسونوميکي (طبقه‌بندي گياهان بر اساس ترکيبات شيميايي موجود در گياه) که به‌طور معمول در آزمايشگاه‌هاي مختلف استفاده مي‌شوند، تنها مي‌توانند به‌عنوان معيار کيفي در مورد متابوليت‌هاي ثانويه، مورد استفاده قرار مي‌گيرند و براي تعيين کمي اين ترکيبات، استفاده از نشانگرهاي ويژه (شيميايي) که به‌کمک آن به آساني بتوان گونه‌هاي گياهان دارويي را از يکديگر تشخيص داد، يک الزام است. در اين رابطه، همان‌طور که در فوق ذکر شد، در هرگياه يک نشانگر منحصر به فرد را نمي‌توان يافت.
مشکلي که در شناسايي گونه‌هاي گياهان دارويي با استفاده از صفات مرفولوژيک وجود دارد، وجود نام‌هاي گياهشناسي متفاوت در مورد يک گياه در نواحي مختلف جهان است. در اين حالت ممکن است گونه‌هاي گياهان دارويي نادر و مفيد، با گونه‌هاي ديگري که از لحاظ مرفولوژيکي به گياه اصلي شبيه‌اند، اشتباه فرض شوند.
بنابراين، با توجه به مشکلات موجود در زمينة شناسايي گياهان دارويي با استفاده از روش‌هاي سنتي و با توجه به پيشرفت محققين در زمينة ايجاد نشانگرهاي DNA ‌،‌ استفاده از اين تکنيک‌هاي نوين مي‌تواند ابزاري قدرتمند در استفاده کارا از گونه‌هاي مؤثر دارويي محسوب شود. از جمله مزاياي اين نشانگرها، عدم وابستگي به سن و شرايط فيزيولوژيکي و محيطي گياه دارويي است. پروفيلي که از انگشت نگاري DNA يک گياه دارويي به‌دست مي‌آيد، کاملاً به همان گونه اختصاص دارد. همچنين براي استخراج DNA به‌عنوان مادة آزمايشي در آزمايشات نشانگرهاي مولکولي، علاوه بر بافت تازه، مي‌توان از بافت خشک نيز استفاده نمود و از اين رو، شکل فيزيکي نمونه براي ارزيابي آن گونه، اهميت ندارد. نشانگرهاي مختلفي بدين منظور ايجاد شده‌اند که از آن جمله مي‌توان به روش‌هاي مبتني بر هيبريداسيون (مانند RFLP )، روش‌هاي مبتني بر RCR (مانند AFLP ) و روش‌هاي مبتني بر توالي‌يابي (مانند ITS ) اشاره کرد.
برخي موارد کاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي

ارزيابي تنوع ژنتيکي و تعيين ژنوتيپ (Genotyping)
تحقيقات نشان داده است که شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ کمي و کيفي، تحت تأثير قرار مي‌دهد. بر پاية تحقيقات انجام شده، عوامل محيطي محل رويش گياهان دارويي در سه محور زير بر آنها تاثير مي‌گذارد:
1- تاثير بر مقدار کل مادة مؤثرة گياهان دارويي
2- تاثير بر عناصر تشکيل دهندة مواد مؤثره
3- تاثير بر مقدار توليد وزن خشک گياه
عوامل محيطي که تاثير بسيار عمده‌اي بر کميت و کيفيت مواد مؤثرة آنها مي‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبياري و ارتفاع محل. بنابراين نياز است که به‌دقت اين موضوع مورد بررسي قرار گيرد. به اين خاطر، بسياري از محققين، تأثير تنوع جغرافيايي بر گياهان دارويي را از لحاظ تغييرات در سطوح مولکول DNA (ژنتيک) مطالعه نموده‌اند. اين برآوردها از تنوع ژنتيکي مي‌تواند در طراحي برنامه‌هاي اصلاحي گياهان دارويي و همچنين مديريت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌کار رود.
شناسايي دقيق گياهان دارويي
از نشانگرهاي DNA مي‌توان براي شناسايي دقيق گونه‌هاي گياهان دارويي مهم، استفاده کرد. اهميت استفاده از اين نشانگرها، به‌ويژه در مورد گونه‌ها و يا واريته‌هايي که از لحاظ مرفولوژيکي و فيتوشيميايي به هم شبيهند، دوچندان مي‌شود. گاهي ممکن است بر اثر اصلاح گياهان دارويي کالتيوارهايي به‌وجود آيد که هر چند از نظر ظاهر با ساير افراد آن‌گونه تفاوتي ندارد ولي از نظر کميت و کيفيت مواد مؤثره اختلاف‌هاي زيادي با آنها داشته باشد. در اين حالت اصلاح‌کنندگان چنين گياهاني بايد تمام مشخصات آن کالتيوار را از نظر خصوصيات مواد مؤثره ارايه دهند که شناسايي و معرفي خصوصيات مذکور مستلزم صرف هزينه و زمان زياد از نظر کسب اطلاعات گسترده دربارة فرآيندهاي متابوليسمي گياه مربوطه است. به‌علاوه امکان تغييرپذيري وضعيت توليد و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رويش گياه همواره بايد مورد نظر اصلاح‌کننده قرار داشته‌باشد. به‌عنوان مثال، از نشانگرهاي RAPD و PBR براي شناسايي دقيق گونة P.ginseng در بين جمعيت‌هاي جينسنگ ( ginseng ) استفاده شده است. همچنين برخي از محققين از يک راهکار جديد به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) براي شناسايي دقيق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده کرده‌اند.
انتخاب کيموتايپ‌هاي (Chemotypes) مناسب به‌کمک نشانگر
علاوه بر شناسايي دقيق گونه‌ها، پيش‌بيني غلظت مادة شيميايي فعال گياهي (Active Phytochemical) نيز براي کنترل کيفي يک گياه دارويي مهم است . شناسايي نشانگرهاي (DNA QTL) که با مقدار آن ترکيب دارويي خاص همبستگي دارند، مي‌تواند جهت کنترل کيفي و کمي مواد خام گياهي، مؤثر واقع شود. لازم به‌ذکر است که تنها تفاوت بين کيموتايپ‌هاي مختلف، مقدار مادة شيميايي فعال آنها است. همچنين، پروفيل‌هاي حاصل از نشانگرهاي DNA مي‌توانند جهت تعيين روابط فيلوژنتيکي (خويشاوندي) بين کيموتايپ‌هاي مختلف يک گونه گياه دارويي به‌کار روند. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي به‌منظور تعيين رابطة بين نشانگرهاي DNA و تنوعات کمي وکيفي ترکيبات فعال دارويي در بين گونه‌ها و خويشاوندان نزديک گياهان دارويي، صورت گرفته و يا در حال انجام است. از طرفي، به‌کارگيري توأم تکنيک‌هاي مولکولي و تکنيک‌هاي آناليزي ديگر، چون TLC و HPLC ، مي‌تواند شناخت ما را نسبت به يک گونة دارويي خاص و به تبع آن کنترل کيفي و کمي ترکيب دارويي مورد نظر در سطح صنعتي، افزايش دهد. به‌عنوان مثال بررسي تنوع ژنتيکي Artemisia annua ، به‌عنوان منبع ترکيب ضد ملارياي آرتميزينين (artemisinin)، نشان مي‌دهد که ژنوتيپ‌هاي اين گياه در سراسر هند، از لحاظ محتواي اين ترکيب (مقدار مادة مؤثرة آرتمزينين)، تنوع نشان مي‌دهند. اين بررسي با استفاده از نشانگر RAPD (يک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

مهندسي ژنتيک
شاخة بعدي بيوتکنولوژي که در زمينة گياهان دارويي کاربردهاي فراواني دارد، “مهندسي ژنتيک” است. پيشرفت‌هاي اخير در زمينة ژنتيک گياهي و تکنولوژي DNA نوترکيب، کمک شاياني به بهبود و تقويت تحقيقات در زمينة بيوسنتز متابوليت‌هاي ثانويه کرده است. قسمت اعظمي از تحقيقات در زمينة متابوليت‌هاي ثانويه، به‌روي شناسايي و دستکاري ژنتيکي آنزيم‌هاي دخيل در مسير متابوليکي سنتز يک متابوليت ثانويه، متمرکز شده‌است. ابزار طبيعي که در فرآيند مهندسي ژنتيک و در اکثر گونه‌هاي گياهي و بخصوص گياهان دولپه به‌کار مي‌رود، يک باکتري خاکزي به‌نام آگروباکتريوم (Agrobacterium) است. گونه‌هاي مختلف اين باکتري، مهندسان طبيعي هستند که بيماري‌هاي‌ تومور گال طوقه‌ (Crown Gall Tumour) و ريشة مويي (Hairy Root) را در گياهان سبب مي‌شوند. تحقيقات نشان داده‌است که ريشه‌هاي مويي توليد شده به‌وسيلة گونه‌اي از اين باکتري به‌نام‌ A. rhizogenes ‌، بافتي مناسب براي توليد متابوليت ثانويه هستند. به علت پايداري و توليد زياد اين بافت‌ها در شرايط کشت عاري از هورمون، تاکنون گونه‌هاي دارويي زيادي با استفاده از اين باکتري تغيير يافته‌اند. که از آن جمله مي‌توان به کشت ريشة‌ مويي گياه دارويي Artemisia annua به‌منظور توليد ترکيب دارويي فعال، اشاره کرد. تحقيقات نشان داده است که شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ کمي و کيفي، تحت تأثير قرار مي‌دهد.
بنابراين مي‌توان ديد که مهندسي ژنتيک مي‌تواند به‌عنوان ابزاري قدرتمند جهت توليد متابوليت‌هاي ثانوية جديد و همچنين افزايش مقدار متابوليت‌هاي ثانويه موجود در يک گياه به‌کار رود.

آموزش عملي كشت بافت

مقدمه

 تکثیر ذره ای، جایگزین مهمی برای شیوه های مرسوم تکثیر گیاه می باشد.

این تکثیر، فرآوری گیاهان را از بخش های خیلی کوچک گیاه، در بر می گیرد ( برای مثال : جوانه ها، گره ها، قطعات برگ، قطعات ریشه، و غیره ) که بطور ضد عفونی شده ( عاری از هر گونه میکروارگانیسم  ) در ظرف کشت، در جایی که محیط و مواد غذایی می توانند کنترل شوند، رشد می کنند. گیاهان حاصله، از نظر ژنتیکی، همانند گیاهان والدین می باشند.

در حالی که در آزمایشگاه تحقیقاتی، همچون آنها در کشاورزی، و علم خاک در UNE، ما تجهیزاتی با فناوری خیلی پیشرفته را به کار می بریم تا به فرآوری گیاه، از طریق کشت بافت دست یابیم. این مهم است که در نظر بگیریم که باغبانان زیادی، و علاقمندان به این کار، می توانند ادوات و تجهیزات با فناوری پیشرفته را با القام معمولی  خانگی جایگزین کنند.  

اقلام مورد نیاز برای کشت بافت خانگی

1.      یک جعبه ی سترون با هوای راکد، جهت انتقال گیاهان به کار می رود. یک حوض ماهی در یکسوی آن، جعبه ی انتقالی ایده آلی را بوجود می آورد. هر پلاستیک یا محفظه ی شیشه ای، با اندازه های 50 سانتیمتر ( طول )، 40 سانتیمتر ( ارتفاع )، و 40 سانتیمتر ( عمق )، به راحتی می تواند داخل جعبه ی انتقالی ایجاد شوند.

2.      دیگ زودپزی  برای ضدعفونی کردن واسطه ها، ادوات، آب، دستمال کاغذی و غیره.

3.      قالب های شیشه ای ( قالب های غذای کودک عالی می باشند ) و ظروف خوراکی دور ریخته، با سرپوش هایی که نسبت به گرما، درون دیگ های زودپز مقاوم می باشند، ظروف ایده آلی جهت استفاده می باشند.

4.      اسکالپل و پنس

5.      دستمال کاغذی یا حتی کاغذ نسخه ی سفید A4 ، با اندازه های تقلیل یافته، می توانند ضد عفونی ( سترون ) شوند، و برای سطح برش سترونی مورد استفاده قرار گیرند.

6.      یک چراغ الکلی دارای الکل اتیلیک(اتانول)، جهت شعله ور کردن ادوات ( از به کارگیری الکل متیلیک (متانول)، بپرهیزید زیرا که آن سمی می باشد ).

7.      شیشه ی (بطری) افشانک دستی، شامل 70% محلول الکل می باشد تا سوختگاه ( محفظه ) انتقال، و سطوح دیگری می باشد تا اسپری پاشی کنند.

8.      محلول کلر رقیق، 4/1 رقت سفید کننده های خانگی، ( برای مثال:  White King)، برای استفاده در سطوح سترون مواد گیاهی.

9.      هر نوع ضد عفونی کننده ی پوست، برای مثال : Hibitane ( قابل حصول از هر داروخانه ای ).

10. واسطه ها ( به قسمت زیرین نگاه کنید ).

آمایش واسطه ها

همه ی عناصری که در زیر ارائه شده اند، می توانند از سوپرمارکت ها، داروخانه ها و فروشگاههای لوازم بهداشتی، خریداری شوند.

1.      دو فنجان آب باران

2.      یک چهارم فنجان شکر

3.      مایه ی کود شیمیایی: 2/1 قاشق سوپخوری همه منظوره 10:10:10( N.P.K.) کود شیمیایی قابل حل در آب در 1 لیتر از آب: یک فنجان از مایه را برای این دستورالعمل به کار برید.

4.      قرص انوزیتول ( 500 mg ) : 2/1 قرص

5.      قرص ویتامین با تیامین : 2/1 قرص – هر نوع قرص مولتی ویتامینی می تواند استفاده شود.

6.      پولک های ( فلس ها ) آگار : 4 قاشق سوپخوری

این واسطه ی بنیادی ( اساسی ) می باشد. برای آمایش تکثیر و ریشه دهی ( شیار زنی )

واسطه، 2/1 فنجان شیر نارگیل و 2/1 قاشق سوپخوری مالت می افزاید.

شیر نارگیل را با 2/1 فنجان پوره ی گوجه فرنگی سبز یا 2/1 فنجان آب میوه ی تر و تازه جایگزین کنید

 آب پرتقال می تواند واکنش های متفاوتی را ایجاد کند. از این اطمینان حاصل کنید که pH محیط کشت همیشه بین 5 و 6 باشد، تا pH با میزان محدودی را که شاخص اندازه ی pH با میزان وزن خالص باشد را اگر لازم باشد با اسید، برای مثال : اسید سیتریک یا باز، برای مثال : بی کربنات سدیم، به کار برد.

عناصر را در روغن دان ( ماهیتابه ) ترکیب کنید، و به آرامی بجوشانید تا زمانی که آگار حل شده باشد؛ مرتباً آنها را به هم بزنید تا از چسبیدن آگار جلوگیری به عمل آورید و متعاقباً زیر ماهیتابه را به اشتعال در آورید. برای پخش کردن آنها داخل قالب های شیشه ای، از یک ملاقه ( چمچه ) استفاده کنید تا اینکه محیط کشت حدود 2 سانتیمتر عمق پیدا کند.

در یک دیگ زودپزی اختفا کنید و پرورش دهید. به مدت 15 دقیقه پس از اینکه فشاری حاصل شد، بپزید. ( این زمانی حاصل خواهد شد که دریچه ی فشار اجازه ی بیرون آمدن بخار را می دهد ).  

ضد عفونی کردن ادوات و اقلام دیگر

پنس و اسکالپل می توانند با شستشو در محلول کلر یا با فرو بردن در الکل یا شعله، ضد عفونی شوند.

آب سترون ( ضد عفونی شده ) برای آبکشی مواد گیاهی و دستمال کاغذی سترون به عنوان یک سطح پاکی که بشود روی آن کار کرد، مورد نیاز می باشند.

کار هایی که با دست انجام می شوند، می توانند روی کاغذ انجام شوند. زمانی که عملیات تمام شد، دستمال کاغی را می شود به دور انداخت، و یک سطح سترون تازه ای را از فرآورده های سفرون بر می گزبنیم. آب را می توان در قالب های شیشه ای سترون کرد. کاغذ ها را در کیسه های کاغذی قرار دهید و آنها را در دیگ زود پز، روی سطوح آبی بپزید.

کیسه، در اتمام عملیات ضد عفونی، مرطوب خواهد شد.

کیسه را به یک دستگاه گرماسازی در 80 درجه ی سانتیگراد منتقل کنید، و به کیسه این امکان را بدهید که داخل کوره خشک شود. کاغذ ها را تا زمانی که مورد نیاز نباشد، باز نکنید.

ضد عفونی کردن مواد ( اجسام ) گیاهی

همه ی مواد گیاهی می توانند در سفید کننده های رقیق خانگی ضد عفونی شوند، برای مثال : White King  ( 4/1 فنجان White King + 4/3 فنجان آب + یک قطره پاک کننده – پاک کننده ای که همچون سورفاکتانت عمل کند ). تکه های گیاهی را در قالب هایی که سفید کننده ها را به مدت 12-10 دقیقه در بر دارند. بارها آنها را به هم بزنید. محلول کلر را به دور بریزید، این عمل باکتری و قارچ و گاهی اوقات برخی اجزای گیاه همچون پولکهای بیرونی و پاجوش های نرم را از بین خواهد برد.

تکه های گیاهی را دو مرتبه با آب سترون شستشو دهید.

عملیاتی در جعبه های سترون

محافظت بیشتری باید انجام شود تا اطمینان حاصل کنید که کشت شما عاری از هر گونه آلودگی ( ناخالصی ) می باشد. برای دست یابی به این، شرح ذیل را انجام دهید :

1.      موهای خودتان را به پشت سرتان گره بزنید، آستین های خود را بالا بزنید و ساعت و هر چیز ارزشمند دیگر را بردارید. ( باز کنید ). دستهای خود را کاملاً با محلول ضد عفونی که مناسب برای استعمال با پوست می باشد، شستشو دهید. اگر به هر شد عفونی کننده ای حساسیت دارید، دستهای خودتان را با آب بشویید و یک رستکش جراحی به دست کنید.

2.      درون جعبه را با افشاندن 70% الکل و با خشک کردن توسط پارجه ی سترونی، ضد عفونی کنید.

3.      کلیه ی اقلامی را که شما در نزدیکی یا درون جعبه نیاز خواهید داشت را جمع آوری و مرتب کنید.

4.      در داخل کابینت عمل کنید و یک تکه ی ضد عفونی شده ای از ساقه را از قالب، با یک جفت پنس بردارید ( مواد گیاهی را با دستتان لمس نکنید ) .

ادوات خودتان را همچنین با فرو بردن آنها در الکل، بین هر دستکاری و مشتعل کردن آنها ضد عفونی ( سترون ) کنید.

تکه های کوچک، دارای 3_2 سانتیمتر طول، و برگهای اندک، می توانند برش یابند، و به محیط کشت آگار منتقل شوند.

اگر برگها خیلی بزرگ بودند، آنها را نیز در اندازه های 2/1- 3/1 برچینید یا ببرید.

یک قطعه ( تکه ) از پاجوش را داخل ظرف کشتی قرار دهید ( مهم است که در این مرحله تنها یک پاجوش در هر ظرف کشت داشته باشیم، برای اینکه اگر پاجوشی آلوده شد، نتواند به پاجوش های دیگر پخش شود ).

دریچه های ظروف کشت را ببندید. قالب ها را در دمای اتاق دور از نور مستقیم خورشید نگه دارید.

تکثیر شاخه :

شاخه ها ممکن است درمرحله قبلی دراز شده باشند پس از گذشت 4 هفته ،آنها نیاز دارند به آماده سازی که انتقال یابند به محیط کشت که حاوی شیر نارگیل برای تکثیر بیشتر است.

تکرار و استریل کردن محیط کشت ،ابزار ها و اتاقک . شما نیز باید از قبل دستهایتان را استریل کرده باشید.

انتقال ظرفهای حاوی شاخه ها به یک طرف کابینت و محیط کشت استریل شده به طرف دیگران

استفاده کردن از پارچه های کاغذی ،پنس و چاقوهایی که قبلا" استریل شده اند.

با یک جفت پنس ، ساقه ها را از ظرفهایشان برداشته و آنها را درسطح پارچه کاغذی استریل شده که مرطوب است قرار دهید.

 این نکته مهم است که همیشه پارچه های کاغذی را مرطوب نگه دارید تا اینکه گیاهان همیشه لطیف و میتوانند به زودی خشک شوند.

شاخه های جدا شده می توانند به شیشه های جدیدی انتقال یابند. در این مرحله حداکثر 5 تکه از گیاهان ممکن است در درون هر ظرف قرار داده شود.

نگه داری کشت هایی که در مرحله قبل توسعه یافته اند . مرحله تکثیر ممکن است تکرار شود. هر 4 هفته تا زمانی که گیاهان کافی بدست آمده باشد.

بطور کلی شاخه ها می توانند تکثیر شوند 3-4 دفعه از هر 4 هفته .

نکته مهم توجه کردن به این نکته است برای جلوگیری از آلودگی در طی این مرحله شما می توانید هوای آلوده را بگیرید زیرا این هوا باعث کاهش بهداشت می شود.

تشکیل ریشه :

زمانی که شماشاخ ها را به اندازه کافی ثابت کردید . شما می توانید اجازه رشد دهید به آنها قبل از آنکه مراحل ریشه دهی شروع شود . شاخه ها به خاطر ریشه دهی به محیط  کشتی که حاوی شیر نارگیل و جوانه جواست انتقال می یابند. حداکثر 5 شاخه در هر ظرف کشت قرار داده می شود. ظرف ها در جایی که قبلا" نگه داری می شدند قرار میگیرند  . ریشه ها بایستس در عرض 2تا 4 هفته تشکیل شوند.

انتقال به آمیخته گلدانی :

عمل مهم در این مرحله انتقال گیاهان به فضای آزاد است .گیاهان ریشه دار شده بصورت زیر نگهداری شوند:

پر کردن گلدانها با آمیخته  گلدانی مناسب بدون هیچ حاصلخیزی وآب کافی و ثابت کردن میزان آبیاری .

انتقال گیاهان ریشه دار شده از محیط کشت آگار با استفاده از یک جفت پنس .

شستشوی آگار ها با آب ولرم به علت وجود ریشه ها .

ایجاد حفره در محیط کشت آمیخته خاکی و قرار دادن ریشه ها درداخل حفره ها به آرامی

اسپری کردن شاخ و برگ با استفاده از اسپری دستی حاوی آب،این گلدانها می توانند درداخل ظروف پلاستیکی بزرگتر با یکپوشش شیشه ای ودور از نور مستقیم آفتاب نگه داری شوند.

زمانی که ریشه ها به اندازه کافی ثابت شدند و سازگاری یافتند . آنها می توانند حاصلخیز شده و پرورش یابند مانند سایر درختان افزایش تدریجی نور نیز برای گیاهان لازم است.

جهش زایی در درون شیشه :

موزهای خوراکی اغلب پلی پلو ئیدهای استریل هستند و باید به طریقه رویشی از دیاد یابند. از جهت اصلاح ژنتیکی با دورگه گیری امکانپذیر نیست . روش جهش زایی پیشنهاد می شود که یک پیشنهاد بسیار عالی برای نزدیک شدن به اصلاح موز می باشد. علاوه بر این ، هتروزیگوت بودن کلون های غیر جنسی موز آنها را برا ایجاد جهش مناسب می سازد. حالت های هتروزیگوتی در مکان های ژنی کولیتوارهای دیپلوئید Aa بوده در صورتی که انواع ژنومیکی تریپلوئید می تواند به شکل Aaa بوجود آید. برای هیبریدها ی برون گونه ای ، اشکال هتروزیگوتی می تواند به صورت AaB  و Aab AAb, ABb, aBb,aBB باشد. ایجاد جهشی ممکن است فنوتیپ مغلوب را توسط تغییر ،باز داشتن یا حذف آلل های غالب مشابه به ظاهر کند . با استفاده از کشت نوک شاخه ها به منظور جهش زایی ، ایجاد جهش و تولید مونانت ها را آسان می کند.

انتخاب بیشتر    60Gy   GN-در مالزی منجر به تشخیص میوه دهی زود رس در موز کاوندیش شده بود که Vovaria نام گرفت. Matsunoto  و Yumagushi موتانت مقاوم به آلومینیوم را که از طریق پرتو افکنی پروتوکروم موز کاوندیش بوجود آمد ه بود انتخاب کردند . Pisang Berangan  یک موزمشهور که میوه دهی ،گلدهی ،رنگ ،بافت گوشتی و اندازه دارد. به هر حال ،این موز نسبتا" گراز بوده و نیز خیلی زود به بیماری پژمردگی فوزارومی دچار می شود و بیماری Freckle (لکه دار شدن ) باعث می شود توسط Clod spurious mesa در نتیجه یک برنامه جهش زایی استفاده ازاعه گاما را برای القاء تنوع ژنتیکی آشنا کرد تا اینکه گیاهان توانستند با یک یا چند صفت گلدهی انتخاب شوند:

تحمل به بیماری Panama

گیاهان پا کوتاه

زود میوه دهی ووزن خوشه ای بالا

اندام زایی توسط کالوس (در بنفشه آفریقایی )

در این روش ، برا ی تکثیر ریز نمونه ها ،کالوس بدست می آید که بعد ها به اندام هایی مانند شاخه و ریشه تبدیل می شوند. تمایز اندام بوسیله نسبت سیتوکنین به اکسین کنترل می شود که این نسبت در کشت بافت خیلی مهم است . میزان کم  هر دو برای  کالوس زایی ضروری می باشد . به هر حال ،اگر سطح سیتوکنین نسبت به سطح اکسین بالا باشد جوانه ها ظاهر می شوند . اغلب جوانه هایی بدست می آیند که بعدا" خودشان بتوانند به آسانی ریشه داده و قلمه چوب نرم تولید نمایند.

بنفشه آفریقایی یک گیاه گلدار خانگی است. این گیاه می تواند به آسانی توسط قلمه تکثیر یابد. همچنین آن می تواند دورن شیشه نیز پرورش یابد. ریزازدیادی یکی از روش های موفقیت آمیز جهت تولید تجاری این گیاه می باشد.

زمانی که گوشوارک یا پهنک برگ روی محیط کشت Skog  وMurashinge قرار می گیرد که حاوی سطوح ویژه ای اکسین و سیتوکنین است.آنها کالوس هایی را تشکیل می دهند که بعد می تواند به اندام ها تمایز یابد. این آزمایشات ،نقش اکسین و سیتوکنین را در تمایز ریشه ها و شاخه ها نشان  می دهد. محیط کشت هفته قبل آماده می شود مگر آنکه شامل تنظیم کننده های رشد گیاهی زیر باشد :

BA 1/0 PPm و NAA 1/0 PPM .

برگهای بنفشه آفریقایی را روی سطح استریل شده ای به مدت 10 دقیقه در ماده پاک کننده کلراکس قرار دهید ،سپس 3 بار در آب استریل شده قرار دهید و بعد از آن تقطیر کنید و در پتری دیش های استریل شده ای برای استفادیتان بگذارید. .ضمنا" موارد زیر را رعایت کنید.

از تکنیک های استریل استفاده کنید و برگها را به پتریدیش استریل شده یتان انتقال دهید.

پهنک برگ را به صورت 6 متر مربع مساوی برش دهید .( 5/1cm * 5/1 cm)

درب شیشه را باز کرده و دوقسمت از برگها و محیط کشت را در درون شیشه قرار دهید و این عمل رابرای شیشه های دوم وسوم نیز تکرار نمایید.

درب را سر جای خود گذاشته و شیشه ها را در برابر هود ترانسفر قرار دهید.

نباید شیشه ها و درب های آنها بر چسب دار باشند.

همه گیاهان را باد در هفته های آینده بتوانید مشاهده کنید.

تکنیک ها ی آلوده در کشت بافت :

در اطرافمان اسپورهای قارچی و سایر میکرو ار گانیسم ها قرار دارند . زمانی که یک اسپور در مجاورت محیط کشت قرار می گیرید ،شرایط برای رشد و جوانه زدن آنها مهیا است . هود های ترانسفر تحت شرایط فشار بالایی عمل می کنند و به فیلترهای هوا ی فوق العاده موثر (HEPA) مجهزند که تقریبا" 3 اینچ ضخامت دارند. فیلتر های HEPA 99/99% در انتقال موادی به اندازه 3/0 میکرول و یا بیشتر موثرند و لی باکتری و اسپورهای قارچی توسط این فیلتر ها شکار می شوند . اگر شما از تکنیک های صحیح جهت کار کردن درون این هود ها استفاده کنید آلودگی کشت های بافت گیاهی واقعا" می تواند حذف شود . نکات زیر در به حداقل رساندن مشکلات کمک خواهد کرد :

ساعت و جواهرات خود را در آورید و دستهایتان را بشوئید.

اسپری کردن زیاد دستها و بازوهایتان با اتانول 70% مهم است.

هر چیزی که وارد هود ترانسفر می شود باید استیل شود. اسپری کردن تک تک  ابزارها ،شیشه ها و سایر ظروف با اتانول 70% مهم باشد.

در موقعیتی قرار گیرید که صورتتان در ارتباط با جریان هود حداکثر دستهایتان را بیرون از هود نگه دارید. برای دسترسی به داخل هود حداکثر بازوهایتان را دراز کنید اما بازوهایتان را روی سطح کار قرار ندهید.

اگر ضروری باشد که سرفه یا عطسه کنید ، لطفا" این کار را به طرف هود انجام ندهید . اگر شما هود را آلوده کنید ،شما ممکن است نابود کنید کشت های همه دانشجویانی که همراه شما هستند . اگر شما بدانید که هود آلوده است ،لطفا" آن را قبل ازاستفاده دیگران تغییر نمایید.

پنس ها ،چاقو ها و سایر ابزار ها را تک به تک روی شعله بگیرید. ابزار ها را در الکل 95% قرار داده و سپس به مدت کوتاهی از روی شعله بگذارید . الکل ها در بار دوم گرما دادن ابزار ها برای استریل کردن آنها ضروری نیست وچاقو ها و پنس های گرم به بافت گیاهی آسیب خواهند رساند.

ناقل‌هاي ژن کلونينگ براي يوکاريوت‌ها

پلاسميد 2 ميکرومتري

در بيشتر مطالعات ژنتيکي و زيست مولکولي مثل مطالعه‌ي ساختار و فعاليت ژن‌ها از اي.کولاي که يک پروکاريوتي است به عنوان ميزبان استفاده مي‌شود به طوري که حامل‌هاي ژني متنوعي براي آن طراحي و ساخت شده است.

اما براي برخي از اهداف بيوتکنولوژي، نظير خلق GMOها، استفاده از يک ميزبان يوکاريوت ضرورت مي‌يابد. با توجه به تفاوت‌هاي دستگاه‌‌هاي بيان ژن و ويرايش RNA که در سلول‌‌هاي پروکاريوتي ( شامل تمام باکتري‌ها) و يوکاريوتي(شامل سلول‌هاي گياهي، جانوري و انواع آغازيان) وجود دارد بنابراين لازم است حامل‌هاي ژني ديگري را به کار برد.

مخمر ساکرومايسس سروزيه، که مخمر مورد استفاده در تخمير و نانوايي است، يکي از مهمترين موجودات در بيوتکنولوژي مي‌باشد.

ساکاورومايسس سروزيه گونه‌اي مخمر جوانه‌اي است که داراي تکثير غير جنسي، به طريق جوانه زدن است. اين مخمر از گذشته‌ي دور مفيدترين مخمر براي بشر بوده است چرا که در تخمير خمير نان و الکل سازي نقش اساسي دارد.

امروزه اين تک ياخته‌ي يوکاريوتي علاوه بر کاربرد سنتي  خود به عنوان يک ميزبان يوکاريوتي براي توليد محصولات دارويي نوترکيب و پروتئين‌هاي يوکاريوتي از ژن‌هاي کلون شده اهميت ويژه‌اي يافته است. لذا تلاش‌ها زيادي براي ساخت حاملين ژني براي اين مخمر صورت گرفته است.

با کشف پلاسميدي به نام پلاسميد 2µm در مخمر، که از معدود پلاسميد‌هاي يافت شده در سلول‌هاي يوکاريوت است، پيشرفت در ساخت انواع ناقلين کلونينگ براي مخمر، تسريع شد.

پلاسميد 2µm که در اکثر سويه‌هاي ساکرومايسس سروزيه يافت مي‌شود و 70 تا 200  نسخه از آن در سلول مخمر موجود مي‌باشد در واقع خود اساس و منشا ساخت انواع ناقل‌هاي کلونينگ يوکاريوتي‌ است.

پلاسميد 2µm به اندازه‌ي 6 کيلوباز مي‌باشد که اين اندازه براي يک حامل ژني بسيار مطلوب مي‌باشد. همانندسازي پلاسميد 2µm، برخلاف همانندسازي پلاسميدهاي باکتريايي، کاملاً تحت کنترل سيکل تقسيم  سلولي است و دستگاه پروئيني که اين پلاسميد و کرومزوم‌هاي مخمر را همانندسازي مي‌کند يکسان است و پروتئين‌هاي آن توسط ژن‌هاي هسته‌اي کد مي‌شوند.

پلاسميد 2µm به طور کامل تعيين توالي و ژن‌هاي آن مشخص شده است. اين پلاسميد داراي يک جايگاه شروع همانندسازي، و 4 ژن به نام‌ها REP1, REP2, FLP1 و D است. پروتئين حاصل از REP1, REP2 در تکثير پلاسميد دخالت دارند و پروتئين کد شده توسط ژن FLP1 با ايجاد نوترکيبي درون مولکولي ترتيب ژني را بازآرايي مي‌کند.

با وجودي که اندازه‌ي کوچک اين پلاسميد و همچنين فراوانيش در سلول‌هاي مخمر، آن را گزينه‌ي مناسبي براي کاربرد‌هاي مهندسي ژنتيک کرده است اما استفاده از آن چندان هم بي دردسر نيست. از جمله مشکلات پيش رو در کلونينگ ژن به وسيله‌ي پلاسميد 2µm حل مسئله‌ي نشانگر انتخابي است. چراکه وجود نشانگر انتخابي براي جداسازي ياخته‌هاي تراريخت از آنهايي که DNA نوترکيب را دريافت نکرده اند ضروري مي‌باشد.

معمولاً براي حل مشکل گزينش تراريخت‌ها از ميزبان‌هايي که در اثر جهش ژنتيکي توان ساخت يکي از آنزيم‌هاي دخيل در مسير متابوليسمي اسيدآمينه‌اي را از دست داده اند استفاده مي‌کنند. اين ميزبان را در اصطلاح «جهش يافته‌ي اگزوتروف» مي‌گويند چرا که براي ادامه‌ي حياتش لازم است که اسيدآمينه‌هايي که در مسير متابوليسمي آنها نقص ايجاد شده است به محيط کِشتش اضافه شود.

با وارد کردن ژن سالم آنزيمي که در ميزبان جهش يافته است به ناقل ژن مي‌توان تراريخت‌ها را غربال کرد. به اين ترتيب که با کشت سلول‌ها در «محيط کشت حداقل» (محيط فاقد هرگونه اسيدآمينه) تنها تراريخت‌ها، که از طريق DNA نوترکيب ژن سالم را دريافت کرده اند، قادر به ادامه‌ي حيات هستند و غير تراريخت‌ها نابود مي‌شوند.

ناقل‌های ژن کلونینگ

در کلونینگ ژن برای انتقال ژن مورد نظر به سلول میزبان معمولاً لازم است که آن را وارد یک ناقل یا وکتور DNA ای کنند.

برای آنکه یک مولکول DNA  به عنوان وکتور قابل استفاده باشد باید دارای مجموعه‌ای از خصوصیت باشد، شامل:

1. همانندسازی مستقل از سلول میزبان داشته باشد. به این دلیل که بتواند سریعتر از تقسیم سلولی تکثیر شود تا در نهایت نسخه‌های زیادی از آن تولید شود.

2. در هنگام تقسیم سلولی به سلول‌های دختری ( سلول‌های حاصل از تقسیم ) انتقال یابد.

3. اندازه‌ی کوچک در حدود 10 کیلوباز داشته باشد، چراکه مولکول‌های بزرگتر از این مقدار ممکن است در طی مراحل تخلیص و کلونینگ خرد شود و دستورزی آن نیز مشکل است.

از معدود مولکول‌های DNA ای که این ویژگی‌ها را دارا می‌باشند پلاسمیدها اند.

باکتری‌ها علاوه بر کرومزومشان دارای مولکول‌های DNA دو رشته‌ای، حلقوی و کوچکی هستند که قادر به همانندسازی مستقل از کرومزوم‌ باکتری می‌باشند. پلاسمید‌ها معمولاً حاوی 1 یا چند ژن می‌باشند که سبب ایجاد خصوصیات ویژه‌ای در سلول میزبانشان می‌شوند. پلاسمیدها را براساس نوع ژنشان گروه‌بندی کرده‌اند:

1. پلاسمیدهای بارور که به آنها F پلاسمید می‌گویند این پلاسمیدها حاوی ژنی اند به نام ژن tra که سبب انتقال اطلاعات ژنتیکی از طریق همیوغی به باکتری دیگر می‌شوند.

2. پلاسمیدهای مقاومت یا R پلاسمیدها که حاوی ژن‌های مقاومت به یک یا چند آنتی بیوتیک اند این پلاسمیدها در میکروبیولوژی بالینی مورد توجه‌اند چراکه فراوانی آنها در جمعیت باکتری‌ها، در انتخاب آنتی بیوتیک و درمان بیماری‌های عفونی اثر دارد.

3. پلاسمیدهای کشنده یا کولیسن سبب تولید پروتئین‌هایی می‌شود که برای باکتری‌های دیگر کشنده‌اند.

4. پلاسمیدهای بیماریزا مانند پلاسمید Ti در ارگوباکتریوم تومفسیانس که باعث گال در گیاهان دولپه‌ای می‌شود.

5. پلاسمیدهای تجزیه کننده که امکان تجزیه‌ی مولکول‌های غیر طبیعی نظیر تولوئن را به باکتری می‌دهند.

در کلون ژن، از خصوصیت مقاومت به آنتی‌بیوتیک به عنوان یک نشانگر انتخابی استفاده می‌کنند. نشانگر انتخابی در گزینش کلونی‌هایی که ‌DNA نوترکیب را دریافت کرده‌اند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

باکتریوفاژها دسته‌ای دیگر از مولکول‌های DNA ای می‌باشند که به عنوان وکتور کلونینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. باکتریوفاژها ویروس‌هایی اند که باکتری‌ها را به طور اختصاصی آلوده می‌کنند.

فاژها مانند سایر ویروس‌های از یک بخش وراثتی، که شامل مولکول داکسی ریبونوکلئیک اسید(DNA) و یا ریبونوکلئیک اسید(RNA) است، و یک پوشش محافظتی پروتئینی به نام کپسید ساخته شده. ماده‌ی وراثتی فاژها در برگیرنده‌ی ژن‌هایی است که آنزیم‌های دخیل در تکثیر فاژ و پروتئین‌های سازنده‌ی کپسید را کد می‌کنند.

به طور کلی، برای آلوده سازی باکتری، ذره‌ی فاژی به دیواره‌ی باکتری می‌چسبد و ماده‌ی ژنتیکی‌اش را به درون سلول باکتری تزریق می‌کند. سپس مولکول DNA فاژی همانندسازی می‌کند و بعد از ساخت اجزای سازنده‌ی باکتری، ذرات فاژی جدید تشکیل می‌شود و سرانجام سلول لیز می‌شود که سلول را لیز می‌کنند و آزاد می‌شوند.

وضعيت آموزش بيوتكنولوژي كشاورزي در دانشگاه تهران از زبان مدير گروه

آموزش يكي از محورهاي اصلي توسعه است و توجه به آن از اولويت‌هاي برنامه‌ريزي در هر كشور مي‌باشد؛ چرا كه از طريق آموزش مي‌توان نيروي متخصص كارآمد در هر رشته و از جمله در بيوتكنولوژي تربيت كرد. اما آموزش بيوتكنولوژي در كشور، از نظر كميت و كيفيت دچار مشكلات عديده‌اي مي‌باشد. در اين نوشتار كه حاصل گفتگوي گروه بيوتكنولوژي شبكه تحليلگران تكنولوژي ايران با دكتر بهمن يزدي‌صمدي، رييس گروه بيوتكنولوژي دانشكدة كشاورزي دانشگاه تهران مي‌باشد، با وضعيت آموزش بيوتكنولوژي كشاورزي در دانشگاه تهران و برخي مشكلات آن از زبان دكتر يزدي‌صمدي آشنا مي‌شويم:

 

۱- آموزش بيوتكنولوژي كشاورزي در ايران از چه سالي و در كجا آغاز گرديد؟

در دهة هشتاد ميلادي و با ظهور بيوتكنولوژي نوين، كشور ما نيز وارد اين عرصه علمي گرديد و ابعاد مختلف علمي اين رشته شامل علوم پايه، پزشكي، صنعتي و كشاورزي مورد توجه قرار گرفت و در دانشگاه‌هاي مختلف به تدريج رشته‌هاي مرتبط با بيوتكنولوژي راه‌اندازي شد. اولين دورة رسمي كارشناسي ارشد بيوتكنولوژي كشاورزي در كشور، توسط دانشكده كشاورزي دانشگاه تهران در سال 1377 تأسيس شد و در سال جاري (82)، ششمين دوره دانشجويان اين مقطع وارد دانشكده مي‌شوند. [ايتان: البته از سال 1368، دانشجويان مقاطع كارشناسي ارشد و دكترا در چندين گرايش كشاورزي به خصوص اصلاح نباتات، پايان نامه‌هاي خود را در زمينة ژنتيك مولكولي و مهندسي ژنتيك انتخاب مي‌نمودند و اين موضوع در دهة 1370 شدت گرفته بود] . در دانشگاه‌هاي ديگر نيز با 1 تا 3 سال تأخير، اين دوره تأسيس شده است كه از آن‌جمله مي‌توان دانشكده كشاورزي دانشگاه فردوسي مشهد، بوعلي همدان، صنعتي اصفهان و تبريز را نام برد.

2- قابليت‌ها و امكانات گروه بيوتكنولوژي كشاورزي در دانشگاه تهران

در گروه بيوتكنولوژي كشاورزي دانشكده كشاورزي دانشگاه تهران، 10 نفر عضو هيأت علمي وجود دارد كه در زمينه‌هاي مختلف كشت بافت، مهندسي ژنتيك و انتقال ژن و دروس پايه مانند ژنتيك تخصص دارند. اين افراد از گروه‌هاي آموزشي مختلف شامل گياه‌پزشكي، اصلاح نباتات و باغباني مي‌باشند كه علاوه بر گروه آموزشي خود در گروه بيوتكنولوژي نيز مشغول به فعاليت هستند. از لحاظ امكانات نيز دانشگاه تهران، امكانات مناسبي در اختيار دارد. در واقع گروه زراعت و اصلاح نباتات از 15 سال قبل بدليل علاقة برخي از اساتيد، تعدادي از وسايل موردنياز را خريداري نموده بود كه در اوايل با كشت بافت آغاز شد و به‌تدريج امكانات بيشتري فراهم گرديد. همچنين يك ساختمان جديد مختص به بيوتكنولوژي در دانشكده تأسيس شده است كه داراي آزمايشگاه‌هاي مجهزي نيز مي‌باشد. اما با توجه به اينكه بيوتكنولوژي به امكانات زيادي نياز دارد و آموزش نيز بايستي داراي كيفيت لازم باشد؛ مسئولين امر بايستي توجه بيشتري به اين امر داشته باشند و مساعدت لازم را در زمينه تأمين امكانات بنمايند.

3- همكاري با ساير مراكز و مؤسسات در امر آموزش بيوتكنولوژي

يك دانشكده بايستي امكانات اوليه و نسبتاً كافي را در اختيار داشته باشد؛ ولي مي‌تواند در برخي از زمينه‌ها از مؤسسات ذيربط نيز كمك بگيرد. مثلاً براي تدريس دروس بايستي اساتيد لازم وجود داشته باشند، ولي با توجه به باريك شدن تخصص‌ها، استفاده از اساتيد مراكز ديگر در تدريس يك درس باعث افزايش كيفيت آموزش مي‌شود . البته با توجه به اينكه اساتيد پروازي، دلبستگي لازم را ندارند، لذا هر درس بايستي يك متولي داشته باشد و در مباحث خاصي كه نياز به تخصص بيشتر مي‌باشد، از اساتيد مدعو استفاده گردد.
در مسايل تحقيقاتي و پژوهشي‌هايي كه امكان انجام آنها در دانشكده فراهم نمي‌باشد نيز مي‌توان از مؤسسات ديگر بهره جست و منعي نيز براي اينكار وجود ندارد.

در زمينه همكاري با ساير مؤسسات پژوهشي كشور، هيچ‌گونه آئين‌نامه رسمي وجود ندارد، ولي همكاري‌هاي خوبي با برخي از آنها از جمله مؤسسه تحقيقات بيوتكنولوژي كشاورزي و مركز ملي تحقيقات مهندسي ژنتيك و تكنولوژي زيستي در زمينه تدريس دروس و انجام پايان‌نامه‌هاي دانشجويي صورت گرفته است.

4- تقويت سطح علمي نيروي انساني شاغل در گروه بيوتكنولوژي كشاورزي

در گروه بيوتكنولوژي از همان زمان تأسيس در دانشكده كشاورزي، نسبت به جذب نيروي متخصص اقدام شده است. همچنين سعي شده از نيروي متخصص ساير گروه‌هاي موجود در دانشكده و نيز خارج از آن استفاده گردد. اكثر اعضاي هيأت علمي گروه كه براي فرصت مطالعاتي به كشورهاي پيشرفته مسافرت مي‌كنند، در زمينه بيوتكنولوژي تحقيق مي‌نمايند. همچنين دانشجويان در دوره مطالعاتي خود مي‌توانند در زمينه بيوتكنولوژي پژوهش نمايند.

5- بيوتكنولوژي كشاورزي يا بيوتكنولوژي گياهي؟

از آقاي دكتر يزدي‌صمدي پرسيده شد كه با توجه به نام دوره (بيوتكنولوژي كشاورزي)، چرا تاكنون فقط به مباحث گياهي ‌پرداخته شده است و گرايش‌هاي دام، طيور و آبزيان در آن لحاظ نشده‌اند؟ حتي در زمينه گياهي نيز بنظر مي‌رسد، اكثراً بيوتكنولوژي گياهان زراعي مورد تاكيد بوده است و ساير زمينه‌ها از جمله گياهان باغي، دارويي، مرتعي و جنگلي فراموش شده‌اند؟ وي پاسخ داد:

البته دانشجويان رشته‌هاي مختلفي از جمله زراعت و اصلاح نباتات، باغباني و گياه پزشكي نيز مي‌توانند در آزمون ورودي مقطع كارشناسي ارشد اين رشته شركت كنند؛ و درحال حاضر نيز دانشجويان كارشناسي ارشد بيوتكنولوژي از رشته‌هاي مذكور در كنكور پذيرفته شده‌اند. ولي توسعه كمي و كيفي بيوتكنولوژي كشاورزي به‌ويژه در زمينه‌هايي كه كمتر به آنها پرداخته شده است (دام، طيور، آبزيان، گياهان دارويي، جنگل و غيره) بايد از اولويت‌هاي آموزشي قرار گيرد.

در همين راستا تأسيس رشته‌هاي مرتبط با بيوتكنولوژي دام، صنايع غذايي و غيره در دانشكده كشاورزي برعهده گروه‌هاي مختلف قرار گرفته است كه در اين زمينه بايستي نيروي انساني لازم را تأمين نمايند. در حال حاضر شش گروه در دانشكده كشاورزي علاقمند به راه‌اندازي مقطع دكتري در رشته اصلي خود و با گرايش بيوتكنولوژي مي‌باشند كه عبارتند از:

- زراعت و اصلاح نباتات

- گياه پزشكي

- باغباني

- خاكشناسي

- علوم دامي

- صنايع غذايي

هم‌اكنون تنها گروه زراعت و اصلاح نباتات است كه داراي مقطع دكتراي اصلاح نباتات با گرايش ژنتيك مولكولي و مهندسي ژنتيك مي‌باشد.

6- آيا تاكنون تجديدنظري در سرفصل‌هاي درسي (سيلابس) مقطع كارشناسي ارشد بيوتكنولوژي كشاورزي صورت گرفته است يا خير؟

حدود 10 تا 12 سال قبل، گروه كشاورزي در شوراي عالي برنامه‌ريزي وزارت علوم، نسبت به تعيين سرفصل‌ها و برنامه درسي در مقطع كارشناسي ارشد بيوتكنولوژي كشاورزي اقدام نمود. در آن زمان، بيوتكنولوژي در اوايل راه پيشرفت بود و پيش‌زمينه كافي در بيوتكنولوژي وجود نداشت، ولي از متخصصين موجود در آن زمان در برنامه‌ريزي استفاده گرديد. اما با گذشت زمان و با توجه به رشد روزافزون بيوتكنولوژي نياز است كه تغييراتي در اين برنامه صورت گيرد. اگرچه با انحلال شوراي عالي برنامه‌ريزي، اين وظيفه به دانشگاه‌ها محول گرديده است، ولي تاكنون اين مهم صورت نگرفته است.

7- چرا مقطع دكتراي بيوتكنولوژي كشاورزي تاكنون در دانشگاه تهران راه‌اندازي نشده است؟

از آقاي دكتر يزدي‌صمدي سؤال شد كه عليرغم اينكه بيوتكنولوژي كشاورزي در مقطع كارشناسي ارشد از سال 1377 در دانشكده كشاورزي دانشگاه تهران راه‌اندازي شده است، چرا تاكنون دوره دكتراي آن تأسيس نشده است و فارغ‌التحصيلان كارشناسي ارشد مجبورند در رشته اصلاح نباتات در گرايش ژنتيك مولكولي و مهندسي ژنتيك ادامه تحصيل دهند كه مواد امتحاني آن با سرفصل‌هاي مقطع كارشناسي‌ارشد بيوتكنولوژي كشاورزي همخواني ندارد؟ وي پاسخ داد:

براي رفع اين نقيصه، از دو سال قبل، تصميم به تأسيس دوره دكتري بيوتكنولوژي كشاورزي گرفته شد. البته هدف، آموزش اين افراد در زمينه‌هاي پايه‌اي بيوتكنولوژي مي‌باشد. برنامه‌ريزي اين مقطع صورت گرفته است و اگر دانشگاه تهران توجه بيشتري به اين امر نمايد و امكانات لازم را فراهم آورد، اين مقطع مي‌تواند هرچه سريعتر راه‌اندازي شود. اگرچه دانشگاه فردوسي مشهد امكانات لازم را براي تأسيس اين مقطع در اختيار ندارد ولي با همكاري مؤسسه تحقيقات بيوتكنولوژي كشاورزي و مركز ملي تحقيقات مهندسي ژنتيك و تكنولوژي زيستي نسبت به راه‌اندازي آن اقدام نموده است (مهرماه 82). در دانشگاه تهران عقيده بر اين است كه در ابتدا بايستي امكانات لازم فراهم آيد و سپس اين مقطع راه‌اندازي گردد.

8- مشكلات آموزش بيوتكنولوژي در دانشكده كشاورزي دانشگاه تهران چيست؟

عمده‌ترين مشكل، تأمين امكانات لازم مي‌باشد كه اين امكانات در درجه اول، تأمين هيأْت علمي داراي كيفيت لازم و در مرحله ديگر، تأمين تجهيزات و مواد مصرفي مورد نياز در آزمايشگاهاي گروه بيوتكنولوژي مي‌باشد.

تأمين نيروي انساني داراي استانداردهاي كيفي لازم، از اركان اصلي پيشرفت بيوتكنولوژي در كشور مي‌باشد كه بايستي به اين امر توجه بيشتري صورت گيرد.

9- چرا دانشگاه‌ها، بدون داشتن امكانات لازم، تمايل به تأسيس اين رشته دارند؟

اگرچه اكثر دانشكده‌هاي كشاورزي كشور فاقد امكانات لازم، چه از نظر هيآْت علمي و چه از نظر امكانات آزمايشگاهي بوده‌اند، ولي با توجه به جذابيت و جديد بودن اين رشته، برخي از آنها نسبت به تأسيس آن اقدام نموده‌اند. آنها چنين استدلال مي‌كنند كه اگر اين رشته را راه‌اندازي كنند، بعد مي‌توانند امكانات لازم را جذب نمايند. ولي به اعتقاد من، اين ديدگاه، چندان مناسب نيست و هر دانشكده بايستي قبل از تأسيس رشته بيوتكنولوژي، حداقل امكانات لازم را فراهم كرده باشد. در اين زمينه لازم به‌ذكر است كه تا چند سال پيش، شوراي گسترش آموزش عالي، وابسته به وزارت علوم، تحقيقات و فناوري وظيفه بررسي و تأييد راه‌اندازي رشته‌ها را بر عهده داشت، ولي در سال‌هاي اخير، مقداري از اختيارات خود را به دانشگاه‌هاي بزرگ و دانشگاه‌هاي داراي هيأت مميزه محول نموده است؛ با وجود اين، در دانشگاه‌هاي بزرگ تنها برخي تصميم‌گيري‌هاي نهايي به‌عهده شورا مي‌باشد، اما در دانشگاه‌هاي كوچك، شورا رسماً مسئول اين كار است (وظيفه اين شورا بررسي امكانات يك دانشگاه براي تأسيس يك رشته و صدور مجوز تأسيس دوره آموزشي براي آن مي‌باشد). اين شورا با داشتن گروه‌هاي تخصصي، موضوع تأسيس رشته جديد را در كميته مربوطه بررسي و در نهايت رد يا قبول مي‌نمايد.

10- انتظارات از سند ملي زيست فناوري

در پايان جلسه با آقاي دكتر يزدي صمدي، در خصوص انتظار از سند ملي زيست‌فناوري سؤال شد. وي گفت: انتظار بر اين است كه سند ملي زيست‌فناوري هرچه سريعتر تدوين و به تصويب برسد. همچنين محلي به‌عنوان نقطه تماس براي آن در نظر گرفته شود كه با همكاري ساير مراكز آموزشي و پژوهشي بتواند در پيشبرد برنامه‌هاي بيوتكنولوژي كشور تسريع صورت گيرد. به‌ويژه به‌نظر بنده بيوتكنولوژي كشاورزي در كشور مي‌تواند به عنوان اولويت در نظر گرفته شود؛ چرا كه از مزيت‌هاي خوبي اعم از نيروي انساني، تجربه بيشتر نسبت به ساير زمينه‌ها، امكانات نسبي و تنوع گياهي مناسب در اين عرصه برخوردار هستيم.

تبریک سال نو

Galan gunlar gulan gunlar

Sevincila dolu illar

Shakar sozlu Shirin dillar

Butun bayram butun gunlar

Mubaraklar sizin olsun

بيوتكنولوژي

 

ديباچه: اساس‌ و پايه‌ بيوتكنولوژي‌ جديد را مي‌توان‌ انتقال‌ ژن‌هاي‌ يك‌ موجود به‌ موجود ديگر و فعال‌ ساختن‌ آنها در موجود جديد دانست‌؛ فن‌آوري‌ رو به‌ گسترشي‌ كه‌ امروزه‌ به‌ سرعت‌ در صنايع‌ دارويي‌، غذايي‌، پزشكي‌، شيميايي‌ و كشاورزي‌ وارد شده‌ است‌. براي‌ مثال‌ ممكن‌ است‌ اين‌ ژن‌ها وارد يك‌ باكتري‌ شوند و پس‌ از فعال‌ شدن‌، تركيبات‌ كم‌ مقدار ولي‌ باارزشي‌ چون‌ هورمون‌ رشد يا انسولين‌ ايجاد كنند يا ممكن‌ است‌ اين‌ ژن‌ها به‌ گياهان‌ منتقل‌ شده‌ و گونه‌هايي‌ را ايجاد كنند كه‌ در مقابل‌ آفت‌كش‌ها مقاوم‌ هستند يا اين‌ كه‌ بازدهي‌ بالايي‌ دارند. به‌ اين‌ ترتيب‌ استفاده‌ از انسولين‌ براي‌ بيماران‌ ديابتي‌ محدوديت‌ خاصي‌ نخواهد داشت‌ همچنين‌ كشاورزان‌ مي‌توانند در پرورش‌ گياهاني‌ چون‌ سويا از سموم‌ و آفت‌كش‌هاي‌ كمتري‌ استفاده‌ كنند وبا استفاده‌ از نژادهاي‌ جديد، با همان‌ سرمايه‌گذاري‌ قبلي‌، محصولي‌ تا چند برابر به‌ دست‌ آورند.رشته‌ بيوتكنولوژي‌ يك‌ رشته‌ كاربردي‌ و ميان‌ رشته‌اي‌ مهندسي‌ ـ علوم‌ پايه است‌ كه‌ قلمرو آن‌ حداقل‌ 33 حوزه‌ تخصصي‌ علوم‌ را در برمي‌گيرد. اين‌ رشته‌ در كشور ما از سال‌ 1378 در دانشكده‌ علوم‌ دانشگاه‌ تهران‌ در مقطع‌ دكتراي‌ پيوسته‌ ارائه‌ مي‌شود.رشته‌ بيوتكنولوژي‌ از سه‌ مرحله‌ كارشناسي‌، كارشناسي‌ارشد و دكتري‌ تشكيل‌ شده‌ است‌ كه‌ دانشجويان‌ در مرحله‌ كارشناسي‌ پس‌ از گذراندن‌ موفقيت‌آميز 132 واحد دروس‌ مشترك‌ معرفتي‌- نظري‌، علوم‌ پايه‌، پزشكي‌، مهندسي‌ و مباني‌ بيوتكنولوژي‌ به‌ اضافه‌ آموختن‌ زبان‌ انگليسي‌ در حد 550 نمره‌ تافل‌ و آشنايي‌ كامل‌ با يك‌ زبان‌ برنامه‌نويسي‌ كامپيوتر در صورتي‌ كه‌ معدل‌ آنها در هر نيمسال‌ تحصيلي‌ كمتر از 15 نباشد، مي‌توانند وارد مرحله‌ دوم‌؛ يعني‌ مقطع‌ كارشناسي‌ارشد شوند كه‌ در اين‌ مقطع‌ يكي‌ از 6 گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ ميكروبي‌، بيوتكنولوژي‌ پزشكي‌، بيوتكنولوژي‌ محيطي‌ و دريايي‌، بيوتكنولوژي‌ مولكولي‌، فرآورش‌ زيستي‌ و بيوتكنولوژي‌ كشاورزي‌ (گياهي‌) را انتخاب‌ كرده‌ و بعد از گذراندن‌ 48 واحد در يكي‌ از گرايش‌هاي‌ تخصصي‌، و انجام‌ معادل‌ 6 واحد پژوهش‌هاي‌ انفرادي‌ و ارائه‌ 2 واحد سمينار از مقطع‌ كارشناسي‌ارشد فارغ‌التحصيل‌ مي‌شوند. در اين‌ مرحله‌ در صورتي‌ كه‌ ميانگين‌ نمرات‌ دروس‌ مقطع‌ كارشناسي‌ارشد آنها حداقل‌ 16 باشد، مي‌توانند در امتحان‌ جامع‌ شركت‌ كنند و در صورت‌ موفقيت‌ در اين‌ امتحان‌، وارد مرحله‌ دكتراي‌ تخصصي‌ (Ph.D) شده‌ و رسماً براي‌ ثبت‌ پايان‌ نامه‌ دكتري‌ اقدام‌ كنند.به‌ عبارت‌ ديگر دانشجويان‌ اين‌ رشته‌ نيز براي‌ ورود به‌ مقطع‌ كارشناسي‌ارشد و دكتري‌ بايد شرايط‌ لازم‌ را داشته‌ باشند؛ يعني‌ بايد ميانگين‌ معدل‌ بالايي‌ داشته‌ و در آزمون‌ جامع‌ موفق‌ شوند اما در يك‌ آزمون‌ رقابتي‌ شركت‌ نمي‌كنند.در اين‌ ميان‌ دانشجويان‌ گرايش‌ "بيوتكنولوژي‌ ميكروبي" در زمينه‌ بيوتكنولوژي‌ غذايي‌ و دارويي‌، توليد آنزيم‌ها، پروتئين‌ها، پلي‌ ساكاري‌ها، قارچ‌ها و مخمرها اطلاعات‌ لازم‌ را به‌ دست‌ مي‌آورند."بيوتكنولوژي‌ پزشكي‌" نيز در زمينه‌ ژنتيك‌ پزشكي‌، تشخيص‌ بيماري‌هاي‌ عفوني‌، ارثي‌ و سرطاني‌، تعيين‌ نقشه‌ ژني‌ و درمان‌هاي‌ مولكولي‌، كاربرد بيوتكنولوژي‌ در پزشكي‌ قانوني‌، توليد فرآورده‌هاي‌ نوتركيب‌ و واكسن‌ها و مواد تشخيصي‌ است و "بيوتكنولوژي‌ محيطي‌ و دريايي‌" به‌ استخراج‌ معادن‌ از طريق‌ بيولوژيك‌، تصفيه‌ فاضلاب‌ها و آلاينده‌هاي‌ خطرناك‌ و جامد، رفع‌ آلودگي‌ درياها و بازسازي‌ بيولوژيكي‌ محيط‌ مي‌پردازد."بيوتكنولوژي‌ مولكولي‌" شامل‌ مهندسي‌ ژنتيك‌، مهندسي‌ پروتئين‌، توليد آنتي‌بادي‌هاي‌ منوكلونال‌، غشاء و سنسورهاي‌ بيولوژيك‌ و انجام‌ تحقيقات‌ بنيادي‌ بيوتكنولوژي‌ مي‌شود و "فرآورش‌ زيستي‌" (مهندسي‌ فرآيندهاي‌ زيستي‌) به‌ طراحي‌ راكتورهاي‌ بيوشيميايي‌، تكنولوژي‌ فراورش‌ مواد غذايي‌، آنزيم‌ها و داروها مي‌پردازد. و بالاخره‌ " بيوتكنولوژي‌ گياهي‌" (كشاورزي‌) به‌ كشت‌ سلول‌ و بافت‌ گياهي‌، تعيين‌ نقشه‌ ژني‌ گياهي‌، مهندسي‌ ژنتيك‌ گياهي‌، توليد بذر و نهال‌ مقاوم‌ به‌ شرايط‌ نامناسب‌ محيط‌، بيماري‌هاي‌ متداول‌ و حشرات‌ و آفات‌ عمده‌، توليد كودهاي‌ زيستي‌ و آنزيم‌ها و هورمون‌ها با منشاء گياهي‌ مي‌پردازد.

موقعيت‌ شغلي‌ در ايران :

رشته‌ بيوتكنولوژي‌، يك‌ رشته‌ جديد است‌ و بي‌شك‌ مدتي‌ زمان‌ خواهد برد تا فارغ‌التحصيلان‌ آن‌، جايگاه‌ واقعي‌ خويش‌ را پيدا كنند اما اين‌ به‌ معناي‌ آن‌ نيست‌ كه‌ موقعيت‌ شغلي‌ براي‌ فارغ‌التحصيلان‌ اين‌ رشته‌ مهيا نيست چون‌ زمينه‌ كار بيوتكنولوژي‌ در داخل‌ كشور مساعد است‌ و براي‌ مثال‌ در حال‌ حاضر عده‌اي‌ از دانشجويان‌ دوره‌ دكتراي‌ ميكروبيولوژي‌ كه‌ در زمينه‌ بيوتكنولوژي‌ ميكروبي‌ مطالعه‌ مي‌كنند، بر روي‌ آب‌هاي‌ شور كشور مثل‌ درياچه‌ اروميه‌ كه‌ امكان‌ رشد موجودات‌ در آن‌ پيچيده‌ و مشكل‌ است‌، تحقيق‌ مي‌كنند تا با بهره‌گيري‌ از تكنيك‌هاي‌ بيوتكنولوژي‌، محيطي‌ مناسب‌ براي‌ رشد موجودات‌ دريايي‌ در داخل‌ آن‌ فراهم‌ آورند.از سوي‌ ديگر فارغ‌التحصيلان‌ اين‌ رشته‌ مي‌توانند به‌ عنوان‌ نيروي‌ انساني‌ متخصص‌ براي‌ مديريت‌ مياني‌ و هدايت‌ امور فني‌ خطوط‌ توليد، مزارع‌ و آزمايشگاه‌ها مشغول‌ به‌ فعاليت‌ شوند.

توانايي‌هاي‌ لازم‌ :

رشته‌ بيوتكنولوژي‌ از بين‌ داوطلبان‌ گروه‌ آزمايشي‌ رياضي‌ و فني‌ و علوم‌ تجربي‌ دانشجو مي‌پذيرد چرا كه‌ بعضي‌ از گرايش‌هاي‌ اين‌ رشته‌ به‌ علوم‌ پزشكي‌ و بعضي‌ ديگر از گرايش‌ها به‌ رشته‌هاي‌ مهندسي‌ مربوط‌ مي‌شود.گفتني‌ است‌ كه‌ دوره‌ دكتراي‌ مستقيم‌ بيوتكنولوژي‌، دوره‌ آموزشي‌ خاصي‌ است‌ كه‌ مناسب‌ با توانايي‌هاي‌ دانشجويانِ سرآمد به‌ صورت‌ پيوسته‌ و فشرده‌ تنظيم‌ شده‌ است‌ و با پذيرش‌ دانشجوياني‌ كه‌ از نظر بهره‌ هوشي‌، قدرت‌ درك‌ و استدلال‌، توان‌ نوآوري‌ و خلاقيت‌، خودآموزي‌ و استفاده‌ مناسب‌ از وقت‌، علاقه‌ و انگيزه‌ شديد به‌ يادگيري‌ و توانايي‌هاي‌ ذهني‌ و رواني‌ سرآمد همگنان‌ خود هستند، آنان‌ را براي‌ اخذ درجه‌ دكتري‌ در اين‌ رشته‌ آماده‌ ‌مي‌كند.از همين‌رو نيمي‌ از ظرفيت‌ پذيرش‌ اين‌ رشته‌ به‌ داوطلباني‌ اختصاص‌ دارد كه‌ در مرحله‌ ماقبل‌ نهايي‌ المپيادهاي‌ دانش‌آموزي‌ رياضي‌،فيزيك‌، شيمي‌، كامپيوتر و زيست‌شناسي‌ پذيرفته‌ شده‌ باشند و نيمي‌ ديگر نيز مخصوص‌ داوطلباني‌ است‌ كه‌ از طريق‌ آزمون‌ سراسري‌ وارد شده‌ و نمره‌ كل‌ آزمون‌ سراسري‌ آنها از 000 , 10 كمتر نباشد.در ضمن‌ از پذيرفته‌شدگان‌ اين‌ رشته‌، مصاحبه‌ علمي‌ به‌ عمل‌ مي‌آيد تا دانشجوياني‌ كه‌ واقعاً علاقه‌مند بوده‌ و انگيزه‌ علمي‌ لازم‌ را دارند، وارد اين‌ رشته‌ شوند.

درس‌هاي اين رشته در طول تحصيل:

دروس‌ مشترك‌ در‌ گرايش‌هاي‌ مختلف‌ بيوتكنولوژي :

روانشناسي‌ عمومي‌، فلسفه‌ عمومي‌، فلسفه‌ هنر و زيبايي‌شناسي‌، فلسفه‌ و روش‌ شناسي‌ علوم‌، تاريخ‌ علم‌، روش‌ تحقيق‌، مباني‌ منطق‌ ، منطق‌ رياضي‌، اصول‌ و مباني‌ مديريت‌ صنعتي‌، آشنايي‌ با قرآن‌ كريم‌، مباني‌ علم‌ حقوق‌ و روابط‌ بين‌الملل‌، اصول‌ علم‌ اقتصاد، رياضي‌ عمومي‌ ، آمار و احتمالات‌، محاسبات‌ علمي‌ عددي‌، شيمي‌ عمومي‌، شيمي‌آلي‌ ، شيمي‌ تجزيه‌، شيمي‌ فيزيك‌ ، مكانيك‌ ، الكتريسته‌ و مغناطيس‌، موج‌ و حرارت‌، فيزيك‌ جديد، زيست‌شناسي‌ عمومي‌ ، زيست‌شناسي‌ سلولي‌ ، زيست‌شناسي‌ مولكولي‌، ژنتيك‌ عمومي‌، ژنتيك‌ ميكروارگانيسم‌ها، اصول‌ مهندسي‌ ژنتيك‌، ميكروبيولوژي‌ عمومي‌ ، ميكروبيولوژي‌ كاربردي‌، بيوشيمي‌ ساختماني‌، متابوليسم‌، روش‌هاي‌ بيوشيمي‌ و دستگاه‌ها، ايمني‌شناسي‌، زيست‌شناسي‌ پرتوي‌، اصول‌ مهندسي‌ بيوشيمي‌، موازنه‌ جرم‌ و انرژي‌، مكانيك‌ سيالات‌ ، انتقال‌ حرارت‌، انتقال‌ جرم‌، مباني‌ بيوتكنولوژي‌ پزشكي‌، مباني‌ بيوتكنولوژي‌ مولكولي‌، مباني‌ بيوتكنولوژي‌ كشاورزي‌، مباني‌ بيوتكنولوژي‌ محيطي‌ ، مقررات‌ زيست‌ ايمني‌.

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ پزشكي‌:

ايمونوژنتيك‌، ايمني‌شناسي‌ سلولي‌ - مولكولي‌، ژنتيك‌ پزشكي‌، متابوليت‌هاي‌ ميكروبي‌، فاراماكوژنتيك‌، فرآورده‌هاي‌ نوتركيب‌، مهندسي‌ ژنتيك‌ پيشرفته‌، آنزيمولوژي‌.

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ محيطي‌ و دريايي‌:

فروشوئي‌ ميكروبي‌، تصفيه‌ بيولوژيكي‌ فاضلاب‌ها، تصفيه‌ بيولوژيكي‌ آلاينده‌هاي‌ خطرناك‌، آلودگي‌ دريا و بيوتكنولوژي‌ دريايي‌، پاكسازي‌ زيستي‌، مدلسازي‌ و شبيه‌سازي‌ فرآيندها، معادلات‌ ديفرانسيل‌، شيمي‌ فيزيك‌ ، ميكروبيولوژي‌ محيطي‌

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ مولكولي‌:

بيوفيزيك‌ سلولي‌ مولكولي‌، مهندسي‌ ژنتيك‌ پيشرفته‌، آنزيمولوژي‌، ساختمان‌ و عمل‌ پروتئين‌ها، ساختمان‌ و عمل‌ اسيدهاي‌ نوكلئيك‌، زيست‌شناسي‌ مولكول‌ پيشرفته‌، بيولوژي‌ سلولي‌ - مولكولي‌ تكويني‌، شيمي‌ فيزيك‌ .

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ فرآورش‌ زيستي‌:

مهندسي‌ واكنش‌هاي‌ شيميايي‌، فرآيندهاي‌ جداسازي‌، طراحي‌ راكتورهاي‌ بيوشيميايي‌(بيوراكتورها)، مباني‌ بيوتكنولوژي‌ تخمير، پديده‌هاي‌ انتقالي‌ در سيستم‌هاي‌ بيوشيمي‌، كنترل‌ فرآيند، طرح‌ و اقتصاد مهندسي‌، معادلات‌ ديفرانسيل‌، شيمي‌ فيزيك‌.‌

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ كشاورزي‌:

سيتوژنتيك‌ (كلاسيك‌ و نوين‌)، اصول‌ اصلاح‌ نباتات‌، اصلاح‌ نباتات‌ پيشرفته‌، كشت‌ بافت‌ گياهي‌ و كاربردهاي‌ آن‌، تعيين‌ نقشه‌ ژني‌ گياهي‌ (كلاسيك‌ ونوين‌)، ژنتيك‌ مولكولي‌ گياهي‌ ، روش‌هاي‌ نوين‌ انتقال‌ ژن‌ به‌ گياهان‌، آفات‌ و بيماري‌هاي‌ گياهي‌، مهندسي‌ ژنتيك‌ پيشرفته‌.

دروس‌ تخصصي‌ گرايش‌ بيوتكنولوژي‌ ميكروبي‌:

ميكروبيولوژي‌ محيطي‌، فيزيولوژي‌ ميكروارگانيسم‌ها، پديده‌هاي‌ تخميري‌، پروتئين‌ها و پلي‌ ساكاريدهاي‌ ميكروبي‌، بيوتكنولوژي‌ غذايي‌، بيوتكنولوژي‌ آركي‌ باكترها، آنتي‌ بيوتيك‌ها، بيوتكنولوژي‌ قارچ‌ها.‌

امتزاج پروتوپلاست و کاربرد آن در اصلاح نباتات

امتزاج پروتوپلاست و کاربرد آن در اصلاح نباتات

ویسی مال امیری ، ایمان^* و نوشین ارشادی ^**

* کارشناس ارشد اصلاح نباتات، عضو باشگاه پژوهشگران جوان و عضو سازمان نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه

** کارشناس زراعت و اصلاح نباتات، عضو سازمان نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه 

چکیده :

دورگ گیری سوماتیکی(somatic hybridization ) و امتزاج پروتوپلاست( Protoplast Fusion )درجنس ها وگونه هایی انجام می شود که تلاقی پذیری ندارند. اينكار به منظور دست كاري گونه‌‌هاي گياهي و در جهت افزايش تنوع ژنتيكی و ايجاد صفات و يا گياهان جديد و توليد سيبريدها استفاده مي‌شود. این فنون با رفع محدويت تلاقي‌‌هاي بين‌گونه‌‌اي و بين‌جنسي از طريق كشت تخمك نارس يا بالغ(Invitro  pollination )و با به کارگیری فنون نجات (یاکشت) جنین (embrio rescue) به عنوان مكمل روش‌‌هاي اصلاح سنتي عمل نمايند. دورگ گیری سلولهای سوماتیکی یک فرآیند چند مرحله ای است که شامل جداسازی پروتوپلاستهای گونه های متفاوت، آمیختن پروتوپلاستهای حاصل از دو گونه متفاوت، و کلون کردن پروتوپلاستهای هیبرید مخلوط شده و تجدید نسل گیاهان هیبرید بارور حاصل از پروتوپلاستهای آمیخته است. از جمله صفاتی که در این روش برای انتقال مورد توجه هستند می توان تحمل به تنش های محیطی از قبیل سرما، شوری، خشکی، و مقاومت به آفات و بیماریها را نام برد. ایجاد دورگ گیری سوماتیکی به روش امتزاج پروتوپلاست در بیش از 30 گونه و12 جنس انجام شده است. پومیتو (Pomato) تنها گياه جديدي است كه از طريق امتزاج پروتوپلاست گوجه‌فرنگي و سيب‌زميني تولید شده است ولی هنوز بهره برداری كشاورزي ندارد. 

واژه های کلیدی : دورگ گیری سوماتیکی، امتزاج پروتوپلاست، سيبريد، نجات جنین، پومیتو

مقدمه:

پروتوپلاست سلولی است که دیواره آن بطور کامل حذف شده است. امتزاج پروتوپلاست عبارت است از اخطلاط پروتوپلاستهای گیاهی (سلولهای عاری از دیواره سلولی) از سلولهای سماتیکی گونه های متفاوت و تجدید نسل گیاهان هیبرید حاصل از پروتوپلاست های مخلوط شده می باشد. اولین تلاش موفقیت آمیز در امتزاج پروتوپلاست گل اطلسی توسط پاور و همکارانش (Power et al, 1976 ) در انگلیس و نیز کارلسون و همکارانش (Carlson et al, 1975 ) در آمریکا در تنباکو بود. بعد از جداسازی پروتوپلاست تنها مانع بین سیتوپلاسم و محیط خارجی غشا پلاسما می باشد. فقدان دیواره سلولی باعث برقرار شدن تماس نزدیک غشا پلاسمایی دو یا چند پروتوپلاست می شود که این امکان تحت شرایط طبیعی وجود ندارد وقتی غشا پلاسمایی دو پروتوپلاست با هم تماس می یابند، تحت بعضی شرایط آنها همانند دوحباب صابون به همدیگر خواهند چسبید. بعداً اگرمحرک مناسبی برروی آنها اعمال شود بار دیگر مثل دو حباب صابون با یک دیگرامتزاج یافته و به صورت یک گوی احاطه شده با یک غشا در می آیند. امروزه توجه زیادی برای امتزاج پروتوپلاست به عنوان یک وسیله بهنژادی گیاهان صورت می گیرد. اگرچه نتایج مثبت در این زمینه جهت تولید گیاهان زراعی اصلاح شده خیلی نادراست ولی اشخاص زیادی امتزاج پروتوپلاست را یک وسیله مفید برای اصلاح گران می دانند که آنها می توانند با استفاده از این روش گونه های ناسازگار جنسی را با هم تلاقی داده وصفات هسته ای و سیتوپلاسمی را منتقل نمایند. امتزاج پروتوپلاست را می توان برای تلاقی درون گونه ای، درون جنسی و بین جنسی به کار برد. امتزاج پروتوپلاست ابزاری در جهت نیل به توارث فرا جنسی ژنوم های اندامکی هر دو والد به شمار می رود. در فراورده های الحاقی که هسته ها، پلاستها و میتوکندری های هردو والد در یک سلول حضور دارند، اجتماع تازه ای از هسته یک گونه و اندامکهای یک گونه دور پدید می آید. از طرفی نیز اثرات متقابل درسطح DNA بین ژنومهای اندامکی موجبات خلق ژنوم های جدید موردعلاقه در اصلاح نباتات می شود. امتزاج پروتوپلاست و دورگ گیری سوماتیکی درجنس ها وگونه‌هايي انجام مي‌شود كه تلاقی پذیری ندارند. اينكار به منظور دست كاري گونه‌‌هاي گياهي و درجهت افزايش تنوع ژنتيكی و ايجاد صفات و يا گياهان جديدو توليد سيبريدها (دورگ‌‌های سيتوپلاسمي) استفاده مي‌شود. با توجه به اینکه امتزاج پروتوپلاست برای آمیزش گونه هایی که نمی توان به صورت جنسی تلاقی یابند استفاده می شود، لذا امتزاج پروتوپلاست را دورگ گیری شبه جنسی(parasexual hybridization ) نیز نام گذاری کرده اند. این فنون با رفع محدويت تلاقي‌‌هاي بين‌گونه‌‌اي و بين‌جنسي از طريق كشت تخمك نارس يا بالغ(Invitro pollination )و با به کارگیری فنون نجات (یاکشت) جنین(embrio rescue) به عنوان مكمل روش‌‌هاي اصلاح سنتي عمل نمايند. پومیتو (Pomato) تنها گياه جديدي است كه از طريق امتزاج پروتوپلاست گوجه‌فرنگي و سيب‌زميني تولید شده است ولی هنوز بهره برداری كشاورزي ندارد.

١- امتزاج پروتوپلاست و تبادل سیتوپلاسم ها

درصورتیکه هدف ادغام هسته یک والد با سیتوپلاسم کامل والد دیگر است و درصورتیکه فراوانی دورگ های هسته ای بالا باشد می توان سیتوپلاسم بخشنده را به وسیله اشعه ایکس یا گاما درزمان قبل از امتزاج پرتوتابی کرد. این تیمار هیچ گونه اثرزیان آور برروی ژنوم اندامک های نتاجی که پروتوپلاست آنها تابش دیده ندارد ، زیرا ژنوم ها تکرار زیادی دارند. برای اینکه صرفاً اندامک های سیتوپلاسمی والدپرتو دیده نگهداری شود. مجیسی و همکاران برای حذف اندامکهای والد دیگر، استفاده از روش باز دارندگی متابولیکی که برای اولین باردرژنتیک سلولی پستانداران مطرح شد پیشنهاد کردند( Medgyesy et al, 1980). موادی مانند استات ید و یا استامیدید که بدین منظور و دراین روش استفاده می شود، پرتوتابی سیتوپلاسم والد بخشنده و عدم فعالیت متابولیکی هسته ای والدگیرنده را در هم ادغام می کند(روش بخشنده- گیرنده) ودرحال حاظر به طور معمول استفاده می شود. .

٢- امتزاج پروتوپلاست و نوترکیبی ژنومهای پلاست 

تفرق تصادفی تیپ های والدی درنسل های متوالی سلولی، فراوانترین الگوی رفتاری توده مخلوط پلاست ها دریک فرآورده امتزاج به شمار می رود. اینگونه موارد درگزارش های متعدد هیبریدهای رویشی(با هسته های هیبرید) وهیبریدهای سیتوپلاسمی(سیبریدها) به تأیید رسیده است. تحقیقات انجام شده حاکی از وقوع نوترکیب ژنوم پلاست درگیاهان عالی پس از دورگ گیری رویشی است (بین دو نیکوتیانا و بین نیکوتیانا و سولانوم ). در هر دو مورد، از جهش یافته های پلاست که مشخصه آنها مقاومت به آنتی بیوتیک یا توکسین و آلبینیسم می باشد استفاده شده است ( شکل١ ). کمیابی نوترکیبی پلاست مانع انجام هرگونه تخمین دقیق از فراوانی این نوترکیبی ها درسلول های هتروپلاست حاصل از الحاق می شود. معلوم شده است کلید این موفقیت ها که استفاده از فشارگزینشی شدید بود فقط زمانی امکان دارد که پلاست های جهش یافته به کارگرفته شوندتجزیه وتحلیل مولکولی ژنومهای پلاست به دست آمده درنوترکیب های نیکوتیانا آشکارکرده است که ازتعداد زیادی کراسینگ اور ناشی شده اند . 

٣- امتزاج پروتوپلاست و نوترکیبی ژنومهای میتوکندریایی

نرعقیمی سیتوپلاسمی که در طیف وسیعی ازگونه ها پیدا می شود تنها نشانگر ژنتیکی است که توسط ژنوم میتوکندری هدایت می شود. از این پدیده برای پیگیری سرنوشت ژنوم های میتوکندری در امتزاج پروتوپلاست استفاده می کنند. فقدان فشار گزینشی درسطح سلولی مانعی درسرراه بدست آوردن نوترکیبهای میتوکندریایی محسوب نمی شود. وقوع نوترکیبی معمولا ًبا یک فراوانی بالا رخ می دهد. مطالعات مولکولی قطعات محدود شده جدید میتوکندریایی درهیبریدهای رویشی یا سیبریدهای اطلسی و براسیکا تبادل DNA والدین را به خوبی به اثبات رسانده است. حاصل این کار، بدست آوردن ژنوم میتوکندریایی با ترتیبی جدید نوترکیبی جدید وترکیبی منحصر به فرد ازتوالی های والدی در هرسیبرید باززایی شده است. مطالعات امتزاج، گیاهان نرعقیم سیتوپلاسمی را نیز شامل می شود. فنوتیپ سیتوپلاسمی درخلال مرحله گلدهی مشخص می گردد. در نیکوتیانا، نرعقیمی ها بوسیله سیتوپلاسم گونه های مختلف القاء می شود. دراین ترکیبات آلوپلاسمی، پرچم ها به طورکلی حذف ویا اینکه به ساختارهای ماده آسا ویا گلبرگ مانند تغییرمی یابند. هرسیتوپلاسمی را می توان از طریق ظاهرخاص گل شناسایی کرد. جنبه جالب توجه نوترکیبی میتوکندریایی حاصل ازنیکوتیانای طبیعی و عقیم، پیدایش ظواهری جدید درگلی است که با هردو والد متفاوت است. این گونه نوترکیبات که دربین ژنوم های میتوکندریایی اکثرگونه هاپیدا شده امکان تبادل واقعی ژنهای میتوکندریایی را دربین گونه ها نوید می دهد.

٤- کاربرد امتزاج رویشی در دستکاری گونه های زراعی 

ژنوم های پلاستی که با یکدیگردریک سلول منفرد ادغام می شوند، بطور استثنایی نوترکیبی را طی و در نسل های بعدی سلولی تفرق پیدا می کنند. درمواقعی که یکی از والدین فاقد رقابت و یا از رقابت کمتری درمقایسه با دیگری برخوردار است این امرخیلی سریعتر به وقوع می پیوندد. بالعکس، ژنوم های میتوکندریایی غالباً نوترکیبی بین والدی و سپس تفرق را طی می کنند. اکثریت سیبریدها، ژنوم های میتوکندریایی نوترکیب همراه با ژنوم پلاست یکی از والدین را دارا هستند. 
 

والد دوم				والد اول
پلاست های N.plumbaginifolia				پلاست های N.tabacum
(Chl^+ , str^s , Ten^s , Lin^r )		+		(Chl^- , Str^r , Ten^r , Lin^s )
		رشد کلنی ها در حضور استر پتو مایسین
		انتخاب کلنی های سبز
		باززایی گیاه با یک فنوتیپ نو ترکیب پلاستی
		(Chl^+ , Str^r , Ten^s, Lin^s )

شکل 1 – الگوی مورد استفاده برای انتخاب ژنوم های نوترکیب پلاست در توتون . نشانگرهای مختلف پلاستی که در این لاین های والدینی وجود دارند عبارتند از :

Chl^{- /} Chl⁺ = آلبینو/ طبیعی                                             Str^s/ Str^r  = حساسیت / مقاومت به استر پتومایسین

Ten^{s /} Ten^r = حساسیت / مقاومت به تنتوکسین           Lin^{s /} Lin^r= حساسیت / مقاومت به لینکومیسین

 

انتقال سیتوپلاسم های نرعقیم به ارقام مختلف :

امتزاج پروتوپلاست ابزاری برای انتقال تک مرحله ای یک سیتوپلاسم نرعقیم به واریته های مختلف بارور است. بدین ترتیب چرخه های متعدد تلاقی برگشتی مورد نیاز در روشهای معمول جنسی منتفی می گردد. در برنج گیاهان سیبریدحاوی هسته واریته بارور و میتوکندری های نوترکیب هردووالد، نرعقیمی والد نرعقیم را با خود حفظ کرده است. این موفقیت براساس روش بخشنده- گیرنده (Sidorov et al, 1981 ) صورت گرفته است. در هویج نیز برمبنای همین روش، نرعقیمی سیتوپلاسمی(بساک قهوه ای)به یک رقم بارور منتقل شده است. در براسیکا، به ارقام مختلف منداب روغنی، نرعقیمی سیتوپلاسمی انتقال یافته است. همچنین یک سیتوپلاسم سیبرید نرعقیم اصلاح شده را که قبلاً از طریق دورگ گیری رویشی به دست آمده بود به منداب روغنی زمستانه انتقال داده اند. در چغندرقند، باززایی گیاه کامل از پروتوپلاستها، امکانات انتقال سیتوپلاسم از منابع مختلف نرعقیم سیتوپلاسمی را به زمینه های مختلف هسته ای فراهم ساخته است. این روش درگونه مذکور از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا چغندرقند دو ساله بوده و تولید هیبرید درجهان صرفاً برمبنای نرعقیمی اون (Owen CMS source) (١٩٤٥) است به طوری که این محصول به طور بالقوه دربرابر نژادهای جدید پاتوژن ها آسیب پذیر می گردد. درتوتون برمبنای ادغام پروپلاست نیکوتیاناتاباکوم با نیکوتیاناآفریکانا (حاوی پروپلاست پرتو دیده) تیپ جدیدی از نرعقیمی سیتوپلاسمی خلق شده است. ترکیب مذکور به خصوص درموقعی که گونه دوم به عنوان والد مادری در نظر گرفته می شود به طور جنسی ناسازگار است.                    

اصلاح سیستم های نرعقیمی سیتوپلاسمی در چلیپاییان :

  دارند.( B.napus,…) و روغن ( B. oleracea ,…) محصولات براسیکا اهمیت اقتصادی مهمی ازنظر سبزی برای مصارف انسان وصنعت پس ازسویا و نخل سومین منبع مهم روغن به شمار می روند. با اینکه واریته های هیبرید دراین گونه ها بر مبنای سیستم های خود ناسازگاری تولید شده ولی هرگز در مقیاسی بزرگ نبوده و از نظرکنترل گرده افشانی از طریق نرعقیمی نیازی جدی احساس می شد. نرعقیمی سیتوپلاسمی پیدا شده در تربچه به براسیکا اولراسیا و براسیکا ناپوس ازطریق تلاقی بین گونه ای معرفی گردید ولی گیاهان حاصله ضمن اینکه به طورکامل نرعقیم بودند به خاطر نقص کلروفیلی دردماهای پایین وناهنجاری های گل(تولید ناقص شهدوکاهش باروری ماده) عملاً قابل استفاده نبودند. دربررسی پلتیروهمکاران به منظور تبادل کلروپلاست های تربچه با کلروپلاستهای براسیکاونیل به سنتزطبیعی کلروفیل، امتزاج رویشی بین پروپلاست های براسیکای حاوی اندامک های تربچه و پروتوپلاست های دارای اندامک های براسیکا صورت گرفت و از بین گیاهان باززایی شده گیاهان سبزطبیعی و نرعقیم جدا شدند(Pelletier et al, 1983 ). آنها نشان دادندکه حاوی ژنوم های نوترکیب میتوکندریایی هستند. دربین این سیبریدها، بعضی توسط متخصصین انتخاب شدند، زیرا در آزمایشهای مزرعه با نتاجشان ثابت کردندکه سایر نقایص مربوط به مرفولوژی گل درآنها رفع شده است. تولید شهد دراین گیاه آنقدرکافی بود که همانند گیاه بارور زنبورها را جلب وتشکیل بذرطبیعی گشت. این ویژگیها با وقایع نوترکیبی بین ژنوم های میتوکندریایی دووالد همبستگی داشت. براساس نتایج بدست آمده از سیبریدهای براسیکا این نکته به اثبات رسیدکه ازجنبه اصلاحی فقط بایستی بخش کوچکی ازژنوم بیگانه به درون گونه زراعی وارد شود. زمانی که یک ژنوم صفت مطلوبی مانند نرعقیمی سیتوپلاسمی را با خود دارد و ژنوم کامل اندامک منتقل می گردد. به خاطراثرمتقابل بقیه ژنها با هسته گونه زراعی، معایب زراعی احتمال ظهورشان بالاست. این نتایج اهمیت عملی نوترکیبی میتوکندریایی که مجال حذف این صفات نامطلوب را فراهم می کند به اثبات می رساند. ازاین سیتوپلاسم ها درحال حاضرتوسط متخصصین اصلاح نباتات استفاده می شود.

هیبریداسیون سلول سوماتیکی :                                               

هیبریداسیون سلول سوماتیکی که لقاح سلول سوماتیکی یا لقاح پروتوپلاست نامیده می شود دلالت براتحاد پروتوپلاست گیاهی سلولهای سوماتیک گونه های مختلف ومتعاقباً باززایی گیاهان هیبریدحاصل از پروتوپلاست های لقاح شده دارد. این روش برای استفاده در بهنژادی گیاهی برای ایجاد هیبرید با اتحاد سلولهای سوماتیک که درآن گیاه به طریقه دورگ گیری جنسی تلاقی های بین گونه ای تهیه بذرامکان پذیر نباشد، توصیه شده است. هیبریداسیون سلول سوماتیکی فرآیندی چند مرحله ای شامل ایزوله نمودن پروتوپلاست های گونه های مختلف، اتحاد پروتوپلاست های دو گونه مختلف، شناسایی نمودن پروتوپلاست های لقاح یافته هیبریدو باززایی گیاهان هیبرید دور ازپروتوپلاست های لقاح شده می شود. قبل ازاتحاد سلول های گیاهی، حذف دیواره سلولی جهت تولید پروتوپلاست های بدون دیواره ضروری است. سلول های مزوفیل برگ یا سایربافتهای گیاهی، کالوس یاکشت های سوسپانسون سلولی باآنزیمهای هضم کننده دیواره سلولی برای بدست آوردن سوسپانسیون پروتوپلاست ها، تیمار می گردند. برای دورگ نمودن پروتوپلاستهای خالص گونه ها آنها را مخلوط نموده وبه همراه یک عامل آمیخته کننده غالباً پلی اتیلن گلایکول سانتریفوژ می نمایند. تا آنجا مخلوطی ازپروتوپلاست های والدی، پروتوپلاست های آمیخته شده والدی و پروتوپلاست های آمیخته شده هیبریدبوجود می آید. پروتوپلاست های هیبرید به سلول های دارای دیواره و ادامه تقسیم سلولی وادار شده و درنهایت گیاهچه های دارای ریشه و ساقه تولید می گردند. هیبریداسیون سلول سوماتیکی هنگامی به عنوان روشی برای اصلاح کننده نبات درمی آید که تکنیک های متداولی برای کشت پروتوپلاست گونه والدین ایجادگردد. باززایی گیاه از پروتوپلاست های بعضی ازگونه ها مثل سیب زمینی، توتون، یونجه وتعداد اندکی ازگونه های دیگربه راحتی امکان پذیر است درحالی که درغلات وحبوبات به سختی قابل اجرا می باشد. سلول های بین گونه های خویشاوند دور اغلب آنیوپلوئید بوده و به ندرت باززایی شده ودرصورت باززایی شدن گیاهانی عقیم بدست می آید.

روشهای القاء امتزاج :

۱- امتزاج خودبخودی

همانطور که از اسم این روش بر می آید روشی است که در آن امتزاج پروتوپلاستی بدون دخالت دادن هر نوع ماده امتزاج دهنده یا استفاده از محرک صورت می گیرد. امتزاج خودبخودی برای اولین بار درسال ١٩٠٢ توسط کاسترتشریح شد. عیب عمده این روش این است که امتزاج به ندرت اتفاق می افتد. به کاربردن امتزاج خود بخودی تولید پروتوپلاست های چند هسته ای درسویا را که هسته های آنها بطور هم زمان تقسیم می شوند امکان پذیر ساخته است. فراوانی اندک امتزاج با این روش مانع از توسعه آن گردیده و لذا تاکید بیشتر برروش های آزمایشی امتزاج که ذیلاً تشریح می شود صورت می گیرد.

2 - روش القاء امتزاج با پلی اتیلن گلیکول (PEG)  

روش استفاده از پلی اتیلن گلیکول به عنوان یک ماده القاء کننده امتزاج، برای اولین بار توسط کائو در میکالوگ و والین و همکاران (1974) تشریح شده است. PEG یک پلیمرآلی است که با وزنهای مولکولی متفاوت قابل دسترس می باشد. موثرترین دامنه ۱٥٤٠ PEG ، ٤٠٠٠ PEG و٦٠٠٠ PEG می باشد. برای القاء امتزاج با PEG آن را به محیط کشت اضافه می نمایند و دراین ماده مخلوط پروتوپلاست های قابل امتزاج را به حالت سوسپانسیون درمی آورند. معمولاً ازPEG ٣3 – ٢٥% (حجمی/ وزنی) استفاده می شود. باید دقت کرد از مقدار درست و اندازه مولکولی صحیح PEG استفاده کرد. اضافه کردن مقدار زیادی از این ماده باعث انعقاد توده های پروتوپلاست می گردد و اضافه کردن مقدارخیلی کم آن موجب چسبیدن پروتوپلاستها به جای امتزاج می شود. کار با PEG بایستی به دقت مورد ارزیابی قرارگیرد، زیرا این ماده درسلول ها باعث مسمومیت می گردد. بطورمعمول، مخلوط پروتوپلاست را با PEG به مدت ١٠ تا ٣٠ دقیقه درانکوباتورقرار می دهند. بعد از این مدت PEG را می شویند تا از مخلوط حذف گردد. اکثر امتزاج ها درمرحله شستشو صورت می گیرد. بکار بردن PEG به عنوان یک ماده القاء کننده امتزاج امروزه بطور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد.

٣ – روش استفاده از کلسیم و PH بالا

این روش شامل قراردادن مخلوط پروتوپلاست در٠٥/٠ مول کلرورکلسیم با PH برابر٥/١٠ در٤/٠ مول مانیتول درون انکوباتور می باشد( Keller and Melchers,1973). پروتوپلاستها را بعدازآن به مدت٣ دقیقه در سرعت پایین سانتریفوژ(g×٥٠) دردرون مخلوط قرارمی دهند. کلروملچرموفقیت درامتزاج ٢٥% پروتوپلاستها راگزارش کرده اند. این روش برای امتزاج پروتوپلاست های مزوفیل برگ وپروتوپلاست های بدست آمده از سلولهای کشت شده مورد استفاده قرارگرفت. پروتوپلاست های امتزاج یافته با مشاهدات چشمی قابل تشخیص هستند .            

٤- استفاده از نیتریت سدیم

اضافه کردن نیتریت سدیم به مخلوط پروتوپلاست ها به امتزاج آنها کمک می کند. استفاده از این روش توسط پاورو همکاران(1970) درموقع امتزاج درون گونه ای و بین گونه ای درپروتوپلاست های یولاف و ذرت توسعه یافت. نیتریت سدیم امتزاج بین پروتوپلاست های با سیتوپلاسم زیاد، پروتوپلاست های با واکوئل کم و پروتوپلاست های ریشه را القاء می کند. به طوری که هرچه پروتوپلاست ها متمایزترباشند به همان میزان القاء امتزاج آسان ترخواهد شد .                                                             

٥- روشهای مصون سازی

هارتمن و همکاران(1973) روش مصون سازی القاء امتزاج پروتوپلاست را تشریح کردند. آنها پادتنی را با تزریق عصاره های گیاهی به بدن خرگوش تولید کردند. خرگوش دامنه وسیعی از آنتی بادی را برضد پروتئین های مختلف گیاهی تولید کرد. سپس اثر این پادتن را در امتزاج پروتوپلاست های به دست آمده از Bromus ، سویا و باقلا مورد مطالعه قراردادند این پادتن پس ازامتزاج پروتوپلاست ها باعث اخته شدن گردید. پروتوپلاست های امتزاج یافته قوه نامیه خود را حفظ کرده وحتی تقسیمات سلولی هم درآنها مشاهده گردید .                             

٦- امتزاج مکانیکی

میشل و اسچریک(1971) ازروش های فیزیکی نظیر فشارهای مکانیکی القاء امتزاج پروتوپلاست استفاده می کردند. این روش ها به لحاظ راندمان کم آنها درتولید دورگ ها کمتر مورد توجه قرار گرفتند. ولی یکی از محاسن این روش این است که هیچ ماده شیمیایی که ممکن است عوارض جانبی داشته باشد، مثل ایجاد موتاسیون در سلول های کشت شده، دراین جا به کار نمی رود .

٧- امتزاج الکتریکی

اگر پروتوپلاست را در یک محیط کشت سلولی حاوی الکترود قراردهند و به آنها انرژی های پتانسیل مختلف وارد نمایند پروتوپلاست ها بین دوالکترود در یک خط قرار می گیرند(man,1982Zimmer). اگرشخص در این موقع شوک های الکتریکی با موج های مربعی کوتاه وارد نماید می تواند القاء پروتوپلاست را فراهم سازند. این روش به خاطرقابلیت کنترل بالای ذاتی از معروفیت زیادی برخوردار است. درحقیقت امتزاج دو پروتوپلاست با این روش امکان پذیر است.        

٨- روشهای دیگر

کامیا (Kameya) استفاده از ژلاتین با غلظت ٢ تا ٥ درصد را به عنوان یک ماده امتزاج دهنده گزارش نموده است. او همچنین نشان داده است که(PotassiumDextranSulphate ) ماده امتزاج دهنده خوبی است. از مواد شیمیایی دیگر که به عنوان مواد امتزاج دهنده با درجات مختلف استفاده شده است. کانکانوالین آ (AConcanvalin) پلی- ال- ارنیتین، سیتوچلازین بی، پلی- ال- لایزین، گلیسرول و دی متیل سولفوکسید را می توان نام برد. ظاهراً روش های مختلف و زیادی برای القاء پروتوپلاست موجود است. در اکثریت این روشها، دو نوع پروتوپلاست با منشأ مختلف درحضور ماده امتزاج دهنده با هم مخلوط می کنند و اجازه می دهند آنها به طورتصادفی با هم امتزاج یابند. مشکل این روش این است که پروتوپلاست نه تنها با سلولهای هم نوع خود امتزاج می یابد بلکه با انواع دیگر هم می تواند ترکیب شود. روش هایی جهت شناسایی امتزاج های مطلوب که بطور طبیعی از امتزاج پروتوپلاست های نوع A با پروتوپلاست های نوع B حاصل می شود وجود دارد. در زیر به چندروش که برای سلکسیون دورگ های سماتیکی استفاده شده است اشاره می کنیم .

الف - سلکسیون مشاهده ای : از این روش برای سلکسیون گیاهان حاصل از پروتوپلاست هایی که دارای

صفات فیزیکی مشخصی هستند استفاده می شود. نتیجه این امتزاج تولید دورگی است که دارای واکوئل های حاوی کلروپلاست و آنتوسیانین با دو هسته می باشد. همچنین این روش می تواند برای امتزاج پروتوپلاست های بدست آمده از مزوفیل برگ و پروتوپلاست های سلول های کشت شده فاقد کلروفیل نیز مورد استفاده قرار گیرند. تکنیک ارزیابی مشاهده ای گاهی با روش کشت قطرات ریز(Microdrop ) با هم به کار برده می شود. این قطرات ریز به طریق میکروسکوپی مورد آزمایش قرار گرفته است، آن قطراتی که درآنها امتزاج انجام شده است نشان دار می کنند تا نمود بعدی آن را دنبال کنند. عیب عمده این روش آن است که خیلی پر زحمت بوده و تعداد محدودی از محصول امتزاج یافته را می توان سلکسیون کرد .

ب - نشان های فلورسانس: استفاده ازروش های رنگی فلورسنت برای اولین بارتوسط کلر(1977) برای مطالعه امتزاج درسلولهای گیاهی تشریح گردید. بعدها ازاین روش برای امتزاج پروتوپلاست های گیاهی جدا شده قابل استفاده شد. این روش بر این پایه برنامه ریزی شده است که اگر از دو پروتوپلاست اصلی کشت شده یکی را در sceininofluorece Octadecony و دیگری را درOctadecy Palamine B به مدت١٢ تا١٥ ساعت درون انکوباتور قرار دهند، هرگروه از این پروتوپلاست ها توسط یک رنگ ویژه فلورسانس رنگ آمیزی خواهند شد. این مواد رنگی برای پروتوپلاست ها ایجاد مسمومیت نکرده وصدمه ای به قوه نامیه، بازآفرینی دیواره ورشدشان وارد نمی سازند. پس از ایجاد امتزاج وتولید محصول امتزاج یافته، شناسایی این دورگ ها با مشخصات فلورسانس مربوطه زیر میکروسکوپ فلورسانس امکان پذیر خواهد بود و با استفاده از یک میکرومانیپولاتور عمل جدا کردن و کشت دورگ ها انجام می گیرد. جداسازی محصول امتزاج یافته نشان دار شده با میکرومانیپولار هنوز یک روش وقت گیر بوده و نیاز به مهارت دارد .                                       

ج – استفاده از دستگاه سورت کننده سلولی فعال شده با فلورسانس: پروتوپلاست را با فلورسانس نشان دار می کنند که در بخش( ب) بیان گردید. پس از امتزاج٣ نوع فلورسانس می توان مشاهده کرد : دونوع ازآنها فلورسانس های اصلی از جمعیت والدین می باشند و نوع سوم فلورسانس دورگ های حاصل از امتزاج است. این روش هنوز در مرحله آزمایشی است ولی با این روش می توان هزاران محصول امتزاج را جدا نمود. عیب عمده این تکنیک ظاهرفریبی و هزینه آن می باشد .

چ- سلکسیون با توجه به مواد غذایی: در حالت های ویژه، کارلسون و همکاران توانستند محصول دورگ ( امتزاج یافته) را با امکان کشت آنها درروی ماده غذایی که درآن امکان رشد برای لاینهای والدین  پروتوپلاست وجود ندارد جدا نمایند. کارلسون توانست پروتوپلاست های والدین و محصول امتزاج یافته را در محیط کشت فاقد اکسین کشت نماید. در این محیط دو لاین سلولی مربوط به والدین به خاطر فقدان اکسین در محیط کشت نتوانستند رشد کنند. ولی سلولهای دورگ تولید کننده اکسین توانستند رشد کرده و به کالوس تبدیل شوند. کارلسون توانست این گیاهان دورگه سوماتیکی را با گیاهان تولید شده با تلاقی جنسی متداول مقایسه نماید . 

ح- حساسیت به نور: ملچرو لبیب (1974 )یک روش برای سلکسیون دورگ ها بر اساس مکمل ژنتیکی

تشریح نمودند. آنها دو موتانت توتون را یکی با کلروفیل ناقص و دیگری حساس به نور را از توتون (Tobacum N.) در آزمایشهای خود بدست آوردند. وقتی پروتوپلاست های این دو گیاه را با هم امتزاج دادند. نتیجه دستیابی به یک گیاه سبز نرمال بود. به این جهت در موقع بازآفزینی گیاهچه از مخروط پروتوپلاست دو کلون والدین به نور حساس بودند. ولی گیاهچه دورگ یک گیاه سبز نرمال بود. این یک روش دقیق برای سلکسیون دورگ های سوماتیکی است. نیاز برای تولید تعداد بی شماری موتاسیون های قابل سلکسیون یعنی گیاهچه حساس به نور و دارای کلروفیل ناقص برای این نوع مطالعات زیاد است .                          

د- حساسیت به دارو و مقاومت: پاور و همکاران (1976) از حساسیت گیاهان بر اکتینومایسین دی برای سلکسیون محصولات امتزاج حاصل از اطلسی hybrida petunia, P. Parodii استفاده کردند. دو گیاه والدینی به اکتینومایسین- دی حساس ولی گیاه دورگ مقاوم به آن می باشد. پاور توانست دورگ های سوماتیکی را درحضور اکتینومایسین– دی درماده غذایی باز آفرینی نماید. بعضی از محققین حالا به دنبال تولید موتانت های بسیار مقاوم هستندتا درمطالعات امتزاج پروتوپلاست از آنها استفاده شود .

چه گیاهانی را باید دورگ گیری کرد ؟

در اوایل سال ١٩٦٠بیولوژیست های گیاهی می خواستند بین علم و افسانه علمی تلاقی انجام دهند و امتزاج پروتوپلاست تا حدودی مطرح شد که بیشترخیالی بود. به عنوان مثال می خواستند بین هویج وکلم پیچ دورگ گیری انجام دهند به طوری که درقسمت هوایی تولید کلم و در زیر خاک ریشه هویج به دست آورند. نظیر آرزوی بشردر تولید پومیتو(Pomato) (درقسمت هوایی گوجه فرنگی و درقسمت زیرزمین سیب زمینی) دورگ گیری به عنوان یک سیستم مدل برای مطالعه گوجه فرنگی و سیب زمینی موفق بود گرچه این روش دورگ های سماتیکی را تولید کرده و برای مطالعات پایه مفید است ولی تا به حال گیاه زراعی با ارزش از این روش به دست نیامده است. اخیراً امتزاج پروتوپلاست سیب زمینی های دارای ناسازگار جنسی tuberosum S.   ,brevidens.S انجام شده است. دورگ های ایجاد شده با روش امتزاج سماتیکی بارور بود و حاوی ژنهای مهم مقاومت والد brevidens.S مثلاً مقاومت به ویروس پیچیدگی برگ (PLRV) می باشد. این روش با این که قابل استفاده است ولی از آن نمی توان مستقیماً برای تولید گیاهان زراعی مفید بهره برداری کرد اما یک وسیله خوب برای وارد کردن ژن ها به داخل برنامه های بهنژادی سنتی است.

تشکیل سایبرید (dCybri):

وقتی دو پروتوپلاست با هم امتزاج می یابند حالات مختلفی ممکن است حاصل شود اگردو هسته با هم امتزاج یابند یک دورگ حقیقی تشکیل می شود. ولی اغلب دو هسته به طور مستقل از هم در سیتوپلاسم مخلوط به دست می آیندو تشکیل هتروکاریون را می دهند. تلفات کروموزومی می تواند در یک یا هردو هسته ایجاد شود. اگر تمام هسته یکی از والدین از بین برود تنها یک هسته در مخلوط دو سیتوپلاسم باقی می ماند که این دورگ را سیتوپلاست یا سایبرید می گویند. سایبریدها را همچنین می توان با امتزاج یک پروتوپلاست طبیعی(نرمال) با یک پروتوپلاست بدون هسته( enucleated ) تولید کرد. پروتوپلاست بدون هسته را با پرتوتابی یا حذف فیزیکی هسته می توان به دست آورد. درتولید طبیعی دورگ ازراه تکثیر جنسی دوگامت با هم امتزاج یافته وتولید جنین زیگوت می نمایند. دراین فرآیند سیتوپلاسم والد به طور طبیعی خارج شده و تنها صفات سیتوپلاسمی والد مادری باقی می ماند. بنابراین تولید سایبرید یک روش مفید برای انتقال اطلاعات توارثی سیتوپلاسمی می باشد. در حال حاضر محققین در مورد استفاده از سایبرید ها برای انتقال قدرت مقاومت در برابر بعضی علف کشها مطالعه می کنند. این صفت مقاومت درروی ژنوم کلروپلاست حمل می شود. انتقال نرعقیمی سیتوپلاسمی می تواند با انتقال ژنوم میتوکندری کنترل شود. مطالعه در روی سایبرید ها همچنین برای تحقیق در امکان نوترکیبی در ژنوم های برون کروموزومی از اهمیت زیادی برخوردار است.

چشم اندازهای تکنولوژی پروتوپلاست :

پیشرفتهای قابل توجهی در دو دهه اخیردرتکنولوژی پروتوپلاست (جدا کردن، امتزاج، کشت وباززایی گیاه) درمحصولات مهم زراعی از جمله غلات پدیدار شده است. امتزاج رویشی از طریق تولید هیبریدهای هسته ای نامتقارن بین گونه های دور مجال فائق آمدن بر موانع تبادلات درتکثیر جنسی را فراهم کرده است. در مواردی که پلی پلوئیدی و یا فقدان اندام های جنسی بارور (محصولاتی که از طریق رویشی تکثیر می شوند) مانعی بر سرراه تبادلات ژنی است این تکنیک امکانات زیادی را دراختیار قرار می دهد. بعلاوه امتزاج پروتوپلاست ابزار غیرقابل جایگزینی است که موجبات دستکاری ژنوم اندامک ها را فراهم می کند و خلق ترکیبات جدیدی از هسته و سیتوپلاسم را ممکن می سازد. 
 
 

ژنتیک در گیاهان

چکیده
انتقال ژن یا جذب DNA فرایندی است که قطعه مشخصی از DNA ( معمولاً یک ژن خارجی وارد شده در پلاسمید باکتریایی) را به درون سلول¬ها وارد می¬نماید. در اصلاح نباتات، تکنیک¬های مرتبط با انتقال ژن از طریق تکثیر جنسی و رویشی به خوبی رایج می¬باشند. هدف از این تکنیک ها ایجاد تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی، انتخاب گیاهان برتر از نظر ژنهای کنترل کننده صفات مطلوب و همچنین حفظ تنوع واریته¬های گیاهی می باشد. با استفاده از تکنیک¬های اصلاحی مرسوم، پیشرفت های چشم¬گیری در زمینه بهبود عملکرد گیاهان زراعی حاصل شده است. معذالک این تکنیک ها وقت گیر هستند. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای رفع مشکلات قدیمی راه حل های نوینی فراهم کرده است. بنابراین، در این مقاله سعی شده است که چشم انداز حال و آینده انتقال ژن را در بهبود گیاهان زراعی مورد بررسی قرار دهد.
قدمه
دهها سال است که انتقال ژن بین گونه¬های گیاهی نقش مهمی در بهبود گیاهان زراعی بازی کرده است. بهبود گیاه چه در نتیجه انتخاب طبیعی و یا با تلاش¬های به¬نژادگران، همیشه بر اساس ظهور، ارزشیابی و گزینش ترکیبات صحیح آلل¬ها بوده است. صفات مفید از قبیل مقاومت به بیماری¬ها، حشرات و آفات از گیاهان غیر زراعی به واریته¬های گیاهان زراعی منتقل شده است. از سال 1970، پیشرفت قابل ملاحظه¬ای در ابداع ابزارهای لازم برای دستورزی اطلاعات ژنتیکی در گیاهان توسط روش¬های DNA نوترکیب رخ داده است. فرایند کلی ترانسفورماسیون ژنتیکی شامل معرفی، تلفیق و بیان ژن یا ژن¬های خارجی در گیاه پذیرنده است. گیاهانی که ژن¬های خارجی از منابع ژنتیکی دیگر را با خود حمل می¬کنند و آنها را به صورت پایدار در خود جای داده و بیان می¬نمایند، گیاهان تراریخت نامیده می¬شوند. تولید گیاهان تراریخت نتیجه کاربرد تلفیقی تکنولوژی rDNA، روش¬های انتقال ژن و تکنیک¬های کشت بافت می¬باشد. با استفاده از این تکنیک¬ها تولید گیاهان تراریخت در محصولات غذایی- لیفی، سبزیجات و درختان میوه و جنگلی میسر شده است. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. ژن¬های گیاهی کلون می¬شوند، علائم تنظیم کننده ژنتیکی رمز گشای می¬شوند و ژن¬ها از موجودات کاملاً غیر خویشاوند ( خصوصا باکتریها و ویروسها) برای اعطاء صفات زراعی مفید جدید، به گیاهان زراعی منتقل می¬شوند. ترانسفورماسیون ژنتیکی انتقال ژن¬های مطلوب ویژه را، بدون همراهی با هیچ ژن نامطلوبی از گونه¬های بخشنده به گیاه زراعی میسر ساخته است. در حالیکه در روش¬های اصلاحی مرسوم ژن¬های نامطلوب نیز همراه ژن¬های مطلوب منتقل می¬شوند. پتانسیل وارد کردن و بیان ژنهای خارجی گوناگون اولین بار در گیاه توتون توسط اگروباکتریوم (De Block et al. 1984) و روش بدون استفاده از ناقل (Paszhowski et al. 1984) توصیف شده است. لیست گونه¬های گیاهی که می¬توانند توسط ناقل آگروباکتریوم و روش بدون ناقل تراریخت شوند، به طور مداوم در حال رشد بوده و در حال حاضر توانایی تراریختی به بیش از 120 گونه گیاهی و در حداقل 35 خانواده گسترش پیدا کرده است. موفقیت¬ها اغلب شامل محصولات مهم اقتصادی سبزیجات، گیاهان زینتی، دارویی، درختان و گیاهان مرتعی می¬باشد. انتقال ژن و باززایی گیاهان تراریخت، دیگر جزو فاکتورهای محدود کننده در بهبود و کاربرد سیستم¬های ترانسفورماسیون عملی برای بسیاری از گونه¬های گیاهی نیستند. برای این گفته، کافی است اشاره شود که قبلاً گونه¬های تک لپه¬ای در خارج از حوزه میزبانیA. tumefacims قرار می¬گرفتند و این امر منجر به ابداع انتقال مستقیم DNA یا روش بدون ناقل برای ترانسفورماسیون گردید. معذالک اخیراً ترانسفورماسیون توسط آگروباکتریوم در گونه¬های تک لپه¬ای از قبیل گیاهان غذایی مهم از جمله برنج (Hiei et al. 1994)، ذرت (Ishida et al. 1996) و گندم (Cheng et al. 1997) گزارش شده است.
اولین نسل کاربرد مهندسی ژنتیک در محصولات کشاورزی به سمت تولید گیاهان تراریخت بیان کننده ژن خارجی برای مقاومت به ویروس¬ها، حشرات، علفکش¬ها یا عوامل فساد بعد از برداشت و تجمع فراورده¬های ذخیره¬ای تغییرشکل یافته مفید بوده است. این موضوعات تحت عناوین ذیل بحث شده¬اند.

مقاومت به تنشهای زنده
ترانسفورماسیون ژنتیکی امکان ترانسفورم کردن گیاهان برای بهبود مقاومت به حشرات و پاتوژنها را میسر ساخته است و به سرعت به سمت تجاری شدن پیش می¬رود. این پیشرفت¬ها اساس راهکار اقتصاد پایدار و بدون استفاده از مواد شیمایی را برای کنترل آفات و بیماری¬ها تشکیل می¬دهد. مقاومت به تنش¬های زنده تحت عناوین زیر بحث شده¬اند.
1- مقاومت به حشرات
2- مقاومت به ویروسها
3- مقاومت به بیماریهای قارچی و باکتریایی

1- مقاومت به حشرات
پیشرفت در مهندسی گیاهان تراریخت برای مقاومت به حشره، از طریق استفاده از ژنهای پروتئین کنترل کننده Bacillus thuringiensis حاصل شده است. مقاومت به حشره ابتدا در توتون (Vaeck et al. 1987) و گوجه فرنگی (Fischhoff et al. 1987) گزارش شد. امروزه ترانسژن مقاوم به حشره از هر منبعی از جمله گیاهی، باکتریایی و یا منابع دیگر می¬تواند به منظور افزایش سطح مقاومت به حشره، به گیاهان منتقل شود. تقریباً 40 ژن متفاوت اهدا کننده مقاومت به حشره، به گیاهان زراعی وارد شده است. ژنهای اهدا کننده مقاومت گیاهان به حشره از میکروارگانیسمها بدست آمده است. ژن Bt از Bacillus thuringiensis، ژن ipt ایزوپنتیل ترانسفراز از Agrobacterium tumefacines، ژن کلسترول اکسیداز از قارچهای استرپتومایسز و ژن pht از Photorhabdus luminescens. ژنهای مقاوم از گیاهان عالی می¬تواند به دو گرو تقسیم شود (1) بازدارنده¬های پروتئیناز و آمیلاز و (2) لکتین¬ها، لکتین گل حسرت (GNA)، لکتین نخود، لکتین برنج و غیره. ژن¬های مقاوم با منشاء حیوانی بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون (Manduca sexta) می¬باشد.

1-1- ژنهای مقاوم از میکروارگانیسمها
ژن توکسین Bt : Bacillus thuringiensis (Bt) باکتری حشره¬کشی است که یک ضد پرتئین تولید می¬کند. ژن¬های Bt، توکسین Bt را کد می¬کنند، که دارای طیف وسیعی از فعالیت حشره¬کشی می¬باشند. اکثر توکسین¬های Bt بر علیه لاروهای بال پولک داران فعال هستند، اما بعضی ها ویژه حشرات راسته دو بالان و قاب بالان هستند. عامل سمیت حشره¬های Bt یک پروتئین بزرگ می¬باشد. توکسین¬ها به صورت پروتئین¬های کریستالی سیکما توکسین (δ-endotoxins) در درون باکتری در خلال اسپورزایی تجمع می¬یابند. این پروتئین¬ها بعد از آلوده کردن حشره حساس، به فرم فعال در می¬آیند و در نتیجه با اختلال در انتقال یون باعث مرگ حشره می¬شوند. چندین ژن که توکسین¬های مؤثر بر بال پولک داران را تولید می¬نمایند، جداسازی شده¬اند. یکی از این ژن¬ها که متعلق به B. thuringinesis زیر گونه Kurstaki HD-1 می¬باشد. ژن¬های شیمری B. thuringinesis kurstaki دارای پروموتور s35 ویروس CaMV و یک توالی کد کننده برای یک پروتئین تغییر یافته کوتاهتر و فعال همانند ژن کامل، سنتز شده و در گیاهان گوجه فرنگی بیان شده¬اند (Fischhoff et al. 1987) مقدار پرتئین حشره¬کش در این گیاهان برای کشتن لاروهای Manduca sexta، Heliothis virescens، Heliothis zea کافی بود. بررسی نتاج گیاهان تراریخت نشان داد که ژن B. thuringinesis kurstaki به صورت یک ژن غالب مندلی تفکیک می¬یابد. ژن سمی دیگر از B. Thuringinesis، نژاد Berlkiner 1715 ،کلون شده است. این ژن یک پرتئین Bt2، 1155 آمینو اسیدی را تولید می¬نماید. آنالیز سطح بیان یک ژن شیمری مبتنی بر Bt2 در گیاهان توتون نشان داد که کیفیت سم و فعالیت حشره¬کشی آن با هم ارتباط دارند (Veack et al. 1987). گیاهان توتون تراریخت در برابر تغذیه لاروهای Manduca sexta محافظت گردیدند. سم Bt برای حشرات مفید، پستانداران و انسان مضر نیست. این ژن به صورت یک ژن غالب منفرد تفرق می¬یابد.
نژادهای Bt دارای تنوع گسترده¬ای از ژن¬های کد کننده اندوتوکسین سیکما (δ-endotoxins) می¬باشند. گزارشات مربوط به کلون کردن و تعیین توالی اولین ژن کد کننده پرتئین حشره¬کش در سال 1981 منتشر گردید. تا کنون بیش از 100 توالی ژن پرتئین کریستالی انتشار یافته است. هریک از پروتئین¬های کریستالی طیف فعالیت خاصی دارد. بعنوان مثال، پروتئین Cry1Ab در برابر کرم ساقه خوار اروپایی ذرت شدیداً فعال است و در هیبریدهای ذرت Bt کنونی مورد استفاده قرار می¬گیرد. پرتئین Cry1Ab برای لاروهای کرم گیاهچه توتون و کرم غوزه پنبه شدیداً سمی است و در واریته¬های پنبه Bt بیان می¬شود و این گیاهان را در برابر سوسک کلورادوی سیب زمینی حفاظت می¬نماید.
سیکما- اندوکسین¬های Bt به هر دو صورت (اندازه کامل) و (کوتاه شده) به گیاهان انتقال داده شده¬اند و مقاومت تائید شدهای را در برابر توتون (M.sexta)، آفات گوجه فرنگی Heliothis ( virescens و Helicovera zea) و آفات سیب زمینی (Phthorimeae operculella) بوجود آورده¬اند. اولین گیاهانی که تولید شدند، قادر به سنتز پروتوکسین (Protoxin) کامل بودند، اما به دلیل بیان ضعیف ژن مقادیر کمی دلتا توکسین تولید می¬شد که حاصل آن عدم بروز مقاومت و یا مقاومت اندک بود. پیشرفتهای بیشتر، سرانجام منجر به مطلوب شدن بیان ژن cry در گیاهان شد. چند سالی است که اولین نسل گیاهان حشره¬کش برای مقاصد تجاری وارد بازار شده است.

1-2- ژن¬های مقاومت منشاء گرفته از میکروارگانیزم¬های دیگر
پروتئین کلسترول اکسیداز (Co) موجود در کشت فیلتر شده Sterptomyces بر لارو شپشک غوزه اثر سمیت حاد دارد. این ژن به گیاهان توتون منتقل گردیده است. ژن ایزوپنتیل ترانسفراز (ipt) Agrobacterium tumefaciens یک آنزیم کلیدی در مسیر بیوسنتز سیتوکینین کد می¬نماید. بیان ipt در توتون، گوجه فرنگی توسط یک پروموتور القاء شونده توسط زخم (wound inducible promoter) سبب کاهش تغذیه کرم شاخدار توتون (M. sexta) از برگ¬ها و کاهش بقای شته سبز هلو شده است.


1-3- ژن¬های مقاومت از گیاهان عالی
همچنانکه سموم Bt با موفقیت به درون گیاهان مهندسی می¬شوند، تلاش¬هایی نیز در جهت کشف ژنهای سموم حشره¬کش غیر Bt صورت می¬گیرد. تعدادی از پروتئین¬های حشره¬کش غیر Bt در احتیاجات غذایی حشرات مداخله می¬نمایند. دو گروه عمده از ژنهای با منشاء گیاهی وجود دارد که برای ایجاد مقاومت به حشرات در گیاهان زراعی از طریق به تاخیر انداختن رشد و نمو حشره مورد استفاده قرار می¬گیرند.

1-3-1- بازدارندههای پروتئیناز (Proteinase inhibitors)
از سال 1938 مشخص شده است که گیاهان دارای پپتیدهایی هستند که به عنوان بازدارنده¬های پروتئیناز عمل (PIPs) می¬نمایند. پروتئینازهای مختلف عبارتنداز پروتئینازهای سرین، سیستئین، آسپارتیک و متالو. پروتئینازها آزاد شدن اسیدهای آمینه از پروتئین جیره غذایی را کاتالیز می¬نمایند، و به صورت مواد مغذی ضروری برای رشد و نمو حشرات را تامین می¬نمایند. بازدارنده¬های پروتئیناز با مداخله در عمل آنزیمهای هضمی حشره، آن را از مواد مغذی ضروری محروم می¬سازند. به دو نمونه از ژن بازدارنده پروتئیناز در ذیل به آنها اشاره شده است:

الف) بازدارنده ترپسین لوبیا چشم بلبلی (CpTI) (Cowpea trypsin inhibitor gene)
CpTI که در لوبیا چشم بلبلی (Vigna unguiculata) یافت می¬شود، فعالترین بازدارنده¬ای است که تاکنون شناسایی شده است. این ژن بازدارنده مواد آنتی متابولیتی تولید می¬نماید که سبب محافظت در برابر سوسک ( Callosobruchus maculates)که یک آفت انباری اصلی است، می¬شود. علاوه بر این، این ژن همچنین برای حشرات متعددی از خانواده بال پولکداران (Heliothis virescens)، ( Manduca sexta) قاب بالان (Callosobruchus، Antonomous grandis) و راست بالان (Locusta migratoria) مضر است، اما برای پستانداران بیضر می¬باشد. ژن CpTI کلون شده و ساختارهای حاوی پروموتور S35 ویروس CaMV و یک کلون cDNA با طول کامل bp550 از آن برای تراریخت نمودن دیسکهای برگی توتون مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش سنجی برای فعالیت حشره¬کشی گیاهان توتون تراریخت با کرم غوزه پنبه (Heliothis zea) انجام شد. بقاء حشره و میزان خسارت وارده به گیاه، در گیاهان تراریخت در مقایسه با گیاهان شاهد، بطور واضحی کاهش یافت.

ب) بازدارنده آلفا – آمیلاز (α-amylase inhibitor)
سه ژن بازدارنده آلفا- آمیلاز در توتون بیان شده¬اند، اما تاکید اصلی بر روی انتقال ژن بازدارنده آلفا – آمیلاز (AI-Pv) α جدا سازی شده از لوبیا ( Phaseolus vulgaris) بوده است. این ژن بر علیه Zabrotes subfaciatus و Callosobruchus chinesis عمل می¬نماید. این پروتئین بازدارنده آلفا- آمیلاز، تغذیه لاروی را در بخش میانی لوله گوارش را بلوکه می¬نماید. لوله گوارش لارو یک آنزیم آلفا-آمیلاز ترشح می¬کند که نشاسته را هضم می¬نماید. با اضافه کردن یک پروتئین، که آلفا- آمیلاز روده حشرات را متوقف نماید، شپشه دچار گرسنگی شده و می¬میرد.

1-3-2- لکتین¬ها (Lectins)
لکتین¬ها خانواده بزرگ دیگری از پروتئین¬ها هستند که می¬توانند بعنوان سموم ضد حشره برای مهندسی ژنتیک مقاومت به حشرات مورد استفاده قرار گیرد. لکتین¬ها گلیکوپروتئینهای گیاهی هستند. توجهات اخیر بطور عمده بر روی لکتین Galanthus nivalis که به GNA نیز معروف است، متمرکز شده است، زیرا که فعالیت ضد شته از خود نشان می¬دهد. ژن این پروتئین، با موفقیت در مطالعات مهندسی ژنتیک مورد استفاده قرار گرفته و در گونه¬های گیاهی مختلفی همچون سیب زمینی، و گوجه فرنگی بیان شده است. آزمونهای آزمایشگاهی با سیب زمینی تغییر یافته نشان داد که GNA، مرگ و میر را افزایش نمی¬دهد، اما سبب کاهش قابل ملاحظه¬ای در باروری می¬شود. یک ویژگی مهم این پرتئین این است که بر علیه حشرات مکننده و نفوذ کننده نیز عمل می¬نماید. با این وجود، یک عیب آن این است که این پرتئین زمانی خوب عمل می¬کند که به مقادیر فراوانی بلعیده شود، یعنی زمانیکه حشره در معرض مقادیر میکروگرمی این پروتئین در آزمایشات زیست سنجی در جیره غذایی قرار داده می¬شود. بنابراین، اگر چه که چند ژن کد کننده لکتین (آگلوتینین جنین گندم و لکتین برنج ) در گیاهان تراریخت بیان شده¬اند، ولی تاثیر حشره¬کشی آنها بسیار کمتر از آن است که مؤثر واقع شوند.

1-4- ژنهای مقاومت از حیوانات
ژنهای مقاومت مورد نظر ترجیحاً بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون Manduca sexta می¬باشد. بر اساس غربالگری در این¬ویترو بازدارندگی از پروتئولیز توسط عصاره¬های تعدادی از لاروهای بال پولک¬داران، بازدارنده ترپسین پانکراسی بواین (BPTI)، آلفا- آنتی ترپسین (α.AT) و بازدارنده اسپلین (SI)، بعنوان پروتئین¬های امید بخش مقاومت به حشرات شناسایی و به تعدادی از گیاهان منتقل گردیده¬اند. معذالک نتایج اولیه بر روی بید سیب زمینی در گیاهان سیب زمینی تراریخت، چندان رضایتبخش نیست. اما بازدارنده¬های پروتئیناز گرفته شده از Manduca sexta یعنی آنتی کیمیو ترپسین (Anti-chymiotrypsin) و آنتی الاستاز (Anti- elastase) بیان شده در پنبه و کتیناز (Chitinase) در توتون، تولید مثل را به ترتیتب در Bemisia tabaci و Heliothis virescens کاهش دادند، تعدادی از ژنهای عامل مقاومت به حشرات که برای تولید گیاهان تراریخت مورد استفاده قرار گرفته¬اند.

2- مقاومت به ویروس
به دلیل اندازه نسبتاً کوچک ژنوم ویروس¬های گیاهی، توسعه راهکارهای مولکولی برای کنترل بیماریهای ویروسی گیاهی به طور خاص موفق بوده است. راهکارهای مختلفی برای استفاده از تکنولوژی مولکولی به منظور تلفیق یا ایجاد فاکتورهای مقاومتی جدید در سیستمهای ویروسی گیاهان وجود دارد. روال کار به این نحو است که¬آن دسته از محصولات ژن یا ژنهای ویروسی شناسایی شوند که وقتی در زمان نامناسب یا با مقدار نادرست وجود دارند، با کارکردهای نرمال فرایند آلودگی مداخله نموده و مانع از پیشرفت بیماری شوند.

2-1- حفاظت متقاطع به واسطه پروتئین پوششی
مفهوم حفاظت متقاطع به توانایی یک ویروس برای جلوگیری یا بازدارندگی اثر رقابتی ویروس دیگر اطلاق می¬شود. اگر نژاد حساس از یک گیاه زراعی با نژاد ملایمی از یک ویروس تلقیح شود، نژاد حساس گیاه زراعی نسبت به نژادهای بیماریزاتر ویروس مقاوم می¬شود. برای اولین بار پاول آبل و همکاران (1986) نشان دادند که توتون تراریخت بیان کننده پروتئین پوششی ویروس موزائیک توتون (TMV) مقاومتی شبیه به مقاومتی که در حفاظت متقاطع به واسطه ویروس اتفاق می¬افتد، نشان می¬دهد. از آن زمان به بعد، تعدادی از ژنهای پوشش پروتئینی از گروههای ویروسی متفاوت پیدا شده¬اند که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، مقاومت ایجاد می¬کنند. مقاومت به واسطه پروتئین پوششی در صورت کاهش تعداد مناطق آلودگی روی برگهای تلقیح شده عمل می¬کند، بیانگر این که یک مرحله اولیه در سیکل زندگی ویروس مختل شده است.
مطالعات نشان داده است که حفاظت متقاطع TMV ممکن است از پروتئین پوششی ویروس محافظت کننده ناشی شود که مانع از حذف پوشش از RNAهای ویروس رقیب می¬شود. اکثر سیستمهایی که در آنها مقاومت به واسطه پروتئین پوششی گزارش شده است، بر علیه ویروسهای RNAای پلاس- سنس با یک پروتئین کپسید بوده است. این راهکار در چند محصول زراعی از قبیل توتون، گوجه فرنگی، سیب زمینی، یونجه، هندوانه، کدو، برنج، ذرت و غیره استفاده شده است .
یک ویروس رشته منفی مهم، ویروس پژمردگی لکه¬ای گوجه فرنگی (Nucleocapsid protein) پیوند خورده است. این پرتئین در بسته¬بندی RNA ویروسی و همچنین در تنظیم مراحل رونویسی تا همانندسازی در طی سیکل آلودگی، فعالیت می¬نماید. با استفاده از این روش گیاهان تراریخت در توتون و گوجه فرنگی تولید شده¬اند.

2-2- مقاومت به واسطه پروتئین غیر ساختمانی (Non-structural protein mediated resistance)
ویروس¬ها، پروتئینهای غیر ساختمانی را کد می¬کنند که برای همانند سازی ضروری می¬باشند. اخیراً تعدادی از این پروتئینهای غیرساختمانی رپلیکاز (Replicase) کشف شده است که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، درجات بالایی از مقاومت به آلودگی ویروس را ایجاد می¬نمایند. گلمبوسکی (Golemboski) و همکاران در سال 1990، برای اولین بار این پدیده را به بیان چهارچوب قرائت باز 54 کیلو دالتونی ویروس TMV در توتون تراریخت نشان دادند. توتون تراریخت مقاوم به قهوه¬ای شدن زودرس (PEBV) و سیب زمینی مقاوم به ویروس x (PVX) تولید شد.

2-3- مقاومت به واسطه سنس (sense) و آنتی سنس (Antisense)
استراتژی دیگر الگو گرفته از پاتوژن که برای کنترل ویروس¬های گیاهی مورد بررسی قرار گرفته است، بیان ترانسژن آنتی سنس و جدیداً قطعات سنس RNAهای ویروسی می¬باشد. اساس این راهکار، اتصال RNAی ویروسی با توالی های RNA مکملی است که توسط گیاه بیان می¬شوند. جفت شدن نامناسب RNA-RNA، از در دسترس بودن RNA ویروسی برای همانند سازی و بیان ژن، ممانعت می¬نماید. بنابراین ساختارهای آنتی سنس و سنس می¬توانند برای بلوکه کردن مراحل اولیه مهم که در ایجاد آلودگی ویروسی مهم هستند، مورد استفاده قرار گیرند. حفاظت آنتی سنس، در توتون که RNAی مکمل پروتئین پوششی ویروس را بیان می¬کند نشان داده شده است.

2-4- حفاظت با RNAی ماهواره¬ای (Satellite RNA protection)
RNAهای ماهواره¬ای، گروهی از RNAهای تک رشته¬ای کوچک (تقریباً 300 نوکلئوتید) هستند که برای همانندسازی و بسته¬بندی ویریونی به منظور ایجاد آلودگی در جای دیگر، به یک ویروس هم دست (Virus Helper) وابسته می¬باشند. بنابراین RNAی ماهواره¬ای برای تکثیر و انتقال به ویروس وابسته است، اگرچه وابسته به ژنوم ویروس نیست. این گونه RNA ماهواره¬ای با چندین ویروس دیگر مرتبط هستند. تعدادی از RNAی ماهواره¬ای تکثیر و علایم ویروس هم¬دست خود را تعدیل می¬نمایند. بسته به RNAی ماهواره¬ای مرتبط، طیف تغییر در ایجاد علایم از نکروز شدید تا کم اثر شدن کامل آن می¬باشد. بنابراین RNAهای ماهواره¬ای که علایم را تقلیل می¬دهند می¬توانند بطور بالقوه برای کاهش شدت بیماری ویروس یاریگر مورد استفاده قرار گیرند. بدین جهت، کاربرد آن در گیاهان تراریخت برای ایجاد مقاومت در گیاهان زراعی از جایگاه مهمی برخوردار گردیده است. تاین و همکاران (1987) و تاین و گوسوی (1991) نشان دادند که تلقیح عمدی یک نژاد ملایم ویروس موزائیک خیار (CMV) حاوی یک RNAی ماهواره¬ای تقلیل دهنده علائم، گیاهان توتون، فلفل، گوجه فرنگی و خیار را بطور موفقیت آمیزی در برابر یک نژاد بیماریزای CMV محافظت نمود و میزان خسارت را کاهش داد.
تاین و گوسوی (1991) گزارش کردند که 121 گیاه گوجه فرنگی تراریخت بیان کننده یک RNAی ماهواره¬ای تقلیل دهنده علائم CMV، در مقایسه با گیاهانی که یک نژاد قوی CMV به آنها تزریق شد، 50% عملکرد بیشتری تولید کردند. این راهکار مربوط به آن دسته از سیستم¬های ویروسی است که دارای RNAی ماهواره¬ای تقلیل دهنده هستند. کلن و همکاران (1997)، فلفل¬های قرمزی (Capsicum annum) تولید کردند که RNAی ماهواره¬ای CMV را بیان می¬نمودند. کاهش علائم آلودگی ویروسی در نتاج این گیاهان، پس از تلقیح با نژادهای CMV-Y یا CMV-Korea، تائید گردید.

3- مقاومت به بیماری
تا کنون تعداد زیادی از ژن¬های پاسخ دفاعی گیاهان که پروتئین¬های ضد میکروبی را کد می¬نمایند، کلون شده¬اند. اکثر این ژن¬ها در پاسخ به آلودگی و یا در مواجهه با ماکرومولکول¬های میکروبی در سطح نسخه¬برداری فعال می¬شوند. فراورده¬های ژن¬های پاسخ دفاعی می¬تواند شامل (1) آنزیم¬های هیدرولیتیک نظیر کتیناز، 1,3,β-D glucanase و دیگر پروتئین¬های مرتبط با بیماریزایی (PR) (pathogenesis related protein)، (2) پروتئین¬های غیرفعال کننده ریبوزوم (RIPs)، (3) پروتئین¬های ضد قارچ ( AFPs)، (4) آنزیم¬های بیوسنتزی برای تولید فیتوالکسین های ضد میکروبی، (5) فنولیکهای متصل به دیواره، اسموتین¬ها (osmotins)، تیونین¬ها(thionins) و (6) پراکسید هیدروژن، باشد.

3-1- پروتئینهای مرتبط با پاتوژن
این پروتئین¬ها دارای وزن مولکولی کم بوده و به مقادیر قابل توجهی در بافت¬های گیاهی آلوده تجمع می¬یابند. گروه¬های اصلی پروتئین¬های PR عبارتنداز PR-1، PR-2 ( 1و3- بتا گلوکاناز)، PR-3 (کیتینازها)، PR-4 (شبه Heveine) و PR-5 (اسموتین و شبه تائوماتین) در توتون. برای ایجاد مقاومت به پاتوژن¬ها در گیاهان زراعی از توانایی آنزیم¬های هیدرولیزکننده در شکستن کیتین و گلوکان دیواره سلولی قارچهای پاتوژن استفاده شده است.
ژن¬های کیتیناز متعددی از گیاهان جداسازی شده و توصیف گردیده¬اند. اولین گزارش در توتون بود که یک ژن کیتیناز باکتریایی بدست آمده از باکتری خاکزی Serratina marcescens، بطور پایدار تلفیق و در برگهای توتون بیان گردید (Jones et al. 1988). یک ژن کیتیناز اصلی از Phaseolus vulgaris تحت کنترل پروموتور ساختمانی قوی s35 ویروس CaMV، بطور ساختمانی و به مقدار زیاد در گیاهان تراریخت توتون و Brassica napus بیان شد (Broglie et al. 1991). این بیان، منجر به حفاظت قابل ملاحظه گیاهان از قارچ پاتوژن Rhizoctonia solani گردید که باعث مرگ گیاهچه پس از جوانه زنی می¬شود. در مورد B.napus، اگر چه حفاظت مدنظر به صورت تاخیری بود تا ممانعت کامل از بروز علائم، با این حال نتایج بدست آمده نشان داد که سطح حفاظت به اندازهای هست که از اهمیت افتصادی در شرایط مزرعه برخوردار باشد.
هیچ گزارشی در مورد افزایش مقاومت ناشی از بیان ژن 1-3-β-D-glucanase به تنهایی در گیاهان تراریخت وجود ندارد، اما ژن گلوکاناز وقتیکه با کیتیناز همراه می¬شود، مقاومت به قارچ را در توتون، گوجه فرنگی و هویج نشان می¬دهد.

3-2- پروتئین¬های ضد میکروبی (Anti-microbial proteins)
گیاهان و دیگر موجودات ممکن است دارای پروتئین¬های ضدمیکروبی باشند که ضرورتاً در ارتباط با پاسخ دفاعی القا شده نیستند، اما وجود این پروتئین¬ها سبب بروز مقاومت به پاتوژن¬ها می¬شود.این پروتئین¬ها شامل پروتئین¬های غیرفعال کننده ریبوزوم (RIPs)، پروتئین¬های غنی از سیستئین مانند لکتین¬ها، دفنسین¬ها، تیونین¬ها، لیزوزایم، بازدارنده¬های پلی گالاکتوروناز و غیره می¬باشد. گیاهان تراریخت مقاوم به پاتوژن¬ها در گونه¬های متعددی تولید شده¬اند.

3-3- فیتوالکسین¬ها
فیتوالکسن¬ها، متابولیت¬های ثانویه¬ای با وزن مولکولی کم و با فعالیت ضد میکروبی هستند که توسط گیاهان در پاسخ به یک آلودگی سنتز می¬شوند و در مقاومت گیاهان به بیماری سهیم می¬باشند. در طی آلودگی، فیتوالکسین¬ها ذخیره شده ( معمولاً در سلول یا اندامک¬های خاص ولی به فرم کانژوگه غیرفعال وجود دارند) به جنبش در آمده و همزمان ژن¬های مسیرهای بیوسنتزی آنها فعال می¬شوند و سنتز فیتوالکسین¬های بیشتری شروع می¬گردد. رسوراتزول (Resveratoral) یکی از معمول¬ترین استیلبن¬ها (Stilbene) (فیتوالکسین¬ها) است که در بعضی از گونه¬ها سنتز می¬شود. آنزیم اصلی در سنتز رسوراتزول، آنزیم رسوراترول سنتاز (Resveratrol synthase) است که غالباً به استیلبن سنتاز (Stilbene synthase) معروف می¬باشد.
هین و همکاران (1990) نشان دادند که انتقال یک ژن استیلبن سنتاز (STS) از بادام زمینی به توتون سبب تولید مقادیر قابل اندازه¬گیری از رسوراترول استیلبنی بادام زمینی در توتون می¬شود و اثر سمیت ضدقارچی رسوراترول در گیاهان را اثبات نمودند. ژن STS به برنج و Brassica napus نیز منتقل شده است.

3-4- دستورزی ژن¬های مقاومت به بیماری
تلاش¬ها در زمینه جداسازی ژن¬های مقاومت به بیماری، به لطف توسعه روش¬های کلونینگ مبتنی بر نقشه وعلامتگذاری ژن در چند سال گذشته به پیشرفت قابل توجهی نائل گردیده است. ژن HM1 ذرت، که مقاومت به Cochliobulus carbonum اعطا می¬کند با استفاده از علامت¬گذاری ترانسپوزون (transposon tagging) کلون شده است (Johal and Briggs 1992). این ژن آنزیم HC- توکسین رودکتاز (HC-toxin reductase) وابسته به NADPH را کد می¬نماید که سم قارچی HC را غیرفعال می¬سازد. ژن¬های مقاومت نظیر RPs2 و RPM1 از آرابیدوپسیس، Pto،Cf9، Cf4 و Cf2 از گوجه فرنگی، ژنN توتون، L16 کتان و Xa21 برنج کلون شده¬اند. تعدادی از ژن¬های غیربیماریزا شامل Avr9، Avr4 و غیره نیز کلون گردیده¬اند.
انتقال ژن مقاومت (R) از یک واریته گیاهی مقاوم به یک پاتوژن خاص به واریته حساس، یک راهکار اصلاحی است. مارتین و همکاران (1993)، گیاهان گوجه فرنگی با ژن مقاومت Pto تولید نمودند که به seudomonas syringae pv. tomato مقاومت ایجاد می¬نماید. گیاهان توتون تراریخت برای Pto، به Pseudomonas syringae pv. tabaci بیان کننده avrPto مقاوم شدند. ژن Xa21 برنج به بیش از 30نژاد مختلف باکتری Xanthomonas oryzae عامل بادزدگی برگ برنج مقاومت ایجاد می¬نماید. سانگ (Song) و همکاران (1995) گیاهان تراریخت برنج مقاوم به Xanthomonas بیان کننده avrX21 را تولید نمودند.

مقاومت به تنش¬های غیرزنده
تقریباً تمام تنش¬های غیرزنده نظیر خشکی، سرما و شرایط قلیایی اثر منفی بر رشد داشته و سبب القاء پیری، مرگ سلولی و یا کاهش عملکرد گیاه می¬شوند. تعدادی از تنش¬های غیرزنده همچون خشکی، شوری و دمای خیلی بالا و یا خیلی پائین درای پیامد مشترکی یعنی کمبود آب سلولی و یا تنش اسمزی می¬باشد. از این¬رو، پاسخ گیاهان به کمبود آب، سنتز و تجمع ترکیباتی با وزن مولکولی کم بنام حفاظت کننده¬های اسمزی (Osmoprotectants) است. این حفاظت کننده¬های اسمزی، پتانسیل اسمزی درون سلول¬ها را کاهش داده و به حفظ تورژسانس سلولی کمک می¬نمایند. محلول¬های سازگار شامل گروه متنوعی از ترکیبات متعددی از قبیل یونهای غیرآلی، یونهای آلی، کربوهیدراتهای محلول شامل پلی ئولها (Polyols) ( قندها، الکلها)، اسیدهای آمینه (پرولین) و ترکیبات آمونیوم چهارگانه نظیر گلایسین بتائین را در بر می¬گیرند. چندین ژن گیاهی که آنزیم¬های کلیدی مسیرهای بیوسنتزی اسمولیت¬هایی همچون الکلها، قندها، گلایسین بتائین و پرولین را کد می¬نمایند کلون شده¬اند.
همبستگی شدیدی بین تجمع پرولین با تحمل به شرایط تنش خشکی و شوری گزارش شده است. گاما- پیرولین- 5- کربوکسیلات سنتتاز (P5CS) (γ-pyrroline-5- carboxylate synthethase)، آنزیم محدود کننده سنتز پرولین است. گیاهان توتون تراریخت با آنزیم P5CS تولید شدند که بیان بالایی از این آنزیم و 18-10 برابر پرولین بیشتر را نشان دادند. افزایش غلظت پرولین با افزایش رشد در شرایط خشکی و شوری همبستگی داشت (Kishore et al. 1995). توانایی سنتز و تجمع گلایسین بتائین یکی از قابلیت¬های گسترده بازدانگان است که در تحمل به خشکی و شوری نقش دارد. سنتز گلایسین بتائین در گیاهان توسط اکسیداسیون دو مرحله¬ای کولین (Choline) از طریق بتائین آلدئید ( ماده واسط) صورت می¬گیرد. این واکنش توسط کولین مونواکسیژناز (CMO) (Choline monooxygenase) و بتائین آلدئید دهیدروژناز (BADH) کاتالیز می¬شود. گیاهان تراریخت توتون، آرابیدوپسیس و برنج با BADH، افزایش مقاومت به شوری را نشان دادند. یک ژن باکتریایی E.coli بنام mt1D که در بیوسنتز مانیتول سهیم است به توتون انتقال داده شد و گیاهان تراریخت تولید کننده مانیتول، ارتفاع ساقه بیشتر و انشعابات ریشه¬ای جدید و طویل¬تری داشتند، در حالیکه ریشه¬های گیاهان شاهد قهوه¬ای شده و طویل شدن یا منشعب شدن در آنها رخ نداد. اگرچه بهبود مقاومت در حدی نبود که قابل کاربرد در کشاورزی باشد، ولی این اولین مثال از یک گیاه تراریخت با ژن میکروبی بود که مقاومت بیشتری را به تنش¬های اسمزی نشان داد ( Traczynski et al. 1993). تغییر دیگری در مقاومت به تنش اسمزی، در گیاهان توتون مهندسی شده برای بیان یک ژن باکتریایی که در بیوسنتز فروکتان (Fructan) نقش دارد، گزارش شده است (Pilons-Smith et al. 1995). گیاهان تراریخت ذخیره کننده فروکتان، وقتی¬که با تنش خشکی با استفاده ار 10% PEG در کشت هیدروپونیک مواجه گردیدند، سرعت رشد سریعتری را نشان دادند. تنش اسمزی، تجمع مجموعه¬ای از پروتئینهای با وزن مولکولی کم بنام پروتئین¬های محافظ (Dress proteins) نظیر LEAها را در بافت¬های گیاهی تحریک می¬نماید. یک ژن lea از جو بنام HVAI حفاظت از تنش را در برنج تراریخت نشان داد (Xu et al. 1996).

مقاومت به علفکش
کاربرد علفکش¬ها برای کنترل علفهای هرز در کشاورزی مدرن نقش بسزایی دارد. تلاش¬های زیادی در چندین آزمایشگاه برای مهندسی گیاهان مقاوم به علفکش صورت گرفته است. در مقاومتی که توسط یک ژن کنترل می¬شود پیشرفت حاصل شده است. برای ایجاد گیاهان مقاوم به علفکش سه راهکار مورد استفاده قرار گرفته است: (1) تولید بیش از حد هدف بیوشیمیایی حساس به علفکش، (2) تغییر ساختمانی هدف بیوشیمایی بطوری که منجر به کاهش اثر گذاری علفکش شود و (3) سمیت زدایی و تجزیه علفکش قبل از رسیدن آن به هدف بیوشیمیایی درون سلول گیاهی مقاومت به علفکش¬های گلیفوسیت و سولفونیل اوره، با استفاده از ژن¬های کد کننده آنزیم¬های هدف جهش یافته، به ترتیب برای 5- انول پیروویل شیکیمات- 3 – فسفات سنتتاز (EPSPS) و استولاکتات سنتاز (ALS) بدست آمده است. این دو آنزیم در مسیرهای بیوسنتز اسیدهای آمینه فعالیت می¬نمایند. مقاومت به گلیفوسیت با استفاده از ژن gox که علفکش را خنثی می¬نماید، ایجاد شده است. این ژن از یک نژاد باکتریایی آکروموباکتر جداسازی گردیده است. گیاهان مقاوم به گلیفوسینات آمونیوم با استفاده از ژن¬های باکتریایی کد کننده فسفینوتریسین استیل ترانسفراز (PAT) که فسفینوتریسین را به فرم استیله تبدیل می¬نماید، تولید شده¬اند.
گیاهان تراریخت مقاوم به علفکش¬های متعددی نظیر فسفینوتریسین (بیالوفوس)، گلیفوسیت، سولفونیل اوره، ایمیدازولینونها، بروموکسنیل، آترازین، توفوردی، ستوکسیدیم و غیره در گونه¬های مختلفی از گیاهان زراعی، سبزیجات و گیاهان زینتی و باغی تولید گردیده است. گیاهان تراریخت مقاوم به علفکش در گیاهان زراعی متعددی گزارش شده¬اند، اما در پنبه، کتان، کلزا، ذرت و سویا، این گیاهان تا به حال برای کشت وکار در سطح تجاری تولید شده¬اند و این فهرست به سرعت در حال گسترش است. گیاهان زراعی تراریخت مقاوم به علفکش، 55% از سطح جهانی در حدود 8/12 میلیون هکتار، تحت پوشش گیاهان تراریخت را در سال 1997 به خود اختصاص داده بودند. بخش عمده این سطح 55 درصدی به سویای مقاوم به علفکش (40%) و کلزا (10%) اختصاص داشت و سهم پنبه و ذرت به ترتیب 3% و 2% بود (James 1997).

تولید گیاهان تراریخت برای بهبود کیفیت
1) گیاهان تراریخت برای بهبود کیفیت انباری
اولین موفقیت فروش تجاری یک فراورده غذایی، برای گوجه فرنگی تراریخت فلاور ساور با تاخیر در رسیدگی میوه بود که توسط شرکت کالژن ایالات متحده آمریکا در سال 1994 تولید شد. بهبود کیفیت ذخیره¬سازی یا عمر قفسه¬ای طولاتی تر گوجه فرنگی که یک ویژگی مطلوب در فن آوری غذایی است با استفاده از دو راهکار امکانپذیر است: (1) تکنولوژی RNA آنتی سنس و (2) استفاده از ژن آمینو سیکلوپروپان- 1- کربوکسیلیک اسید (ACC) دآمیناز را به اتیلن تجزیه می¬نماید. کالژن از RNAی آنتی سنس مکمل ژن کد کننده آنزیم پلی گالاکتوروناز (PG) استفاده کرد. بر اساس توالی ژن PG، یک ژن PG آنتی سنس ساخته شد و گیاهان گوجه فرنگی توسط آن تراریخت شدند. این گیاهان گوجه فرنگی تراریخت، هر دو نوع RNA سنس و آنتی سنس را برای ژن PG تولید نمودند که منجر به جفت شدن RNA-RNA شد. این امر منجر به عدم تولید فراورده ژن PG شد. بدین ترتیب از حمله ژن PG به پکتین دیواره سلول¬های میوه در حال رسیدن و در نتیجه از نرم شدن میوه ممانعت بعمل آمد. کالژن، گوجه فرنگی تراریخت خود را رقم مک گریگور نامید و بر اساس اظهارات شرکت، این گوجه فرنگی بدون نرم شدن قادر است دو هفته بیشتر در قفسه فروشگاه دوام بیاورد.
هورمون گیاهی اتیلن، نقش عمده¬ای در فرایند رسیدن میوه¬ها و پیری گل¬ها بر عهده دارد. در بیوسنتز اتیلن، دو آنزیم ACC سینتاز (ACS) و ACC اکسیداز (ACO) به ترتیب تبدیل اس- آدنوزین متیونین (SAM) به 1- آمینو سیکلوپروپان- 1- کربوکسیلیک اسید (ACC) و تبدیل (ACC) به اتیلن را کاتالیز می¬نمایند. ژن¬های کد کننده ACS و ACO (aco, acs) از گونه¬های زیادی کلون شده¬اند. شرکت مونسانتو، مشکل کنترل اتیلن را با تولید گوجه فرنگی¬های مهندسی شده ژنتیکی برای بیان یک ژن از باکتریهای Pseudomonas مرتفع ساخت. آنزیمی که این ژن کد می¬نماید قادر است ACC را به متابولیت¬های غیر از اتیلن تبدیل نماید (Klee 1993) که در نتیجه مثل RNAی آنتی سنس منجر به تاخیر در رسیدن میوه می¬شود. به طور مشابه، تولید اتیلن در گوجه فرنگی توسط بیان بیش از حد ژن کد کننده SAM هیدرولاز که از باکتریوفاژ T3 جداسازی گردیده است، کاهش داده شد. شرکت¬های متعددی همچون ذنکا، تکنولوژی DNA گیاهی امریکا، مونسانتو، پیونر- برد و لیماگریانزویلمورین در حال تولید گوجه¬های فرنگی تراریخت و غیر تراریخت به منظور افزایش طول عمر قفسه¬ای می¬باشند.
2) گلهای تراریخت با عمر بییشتر
عمر پس از برداشت بسیاری از گل¬ها، با شروع پیرشدن گلبرگها مشخص می¬گردد. مشخصه پیرشدن گلبرگها در میخک پیچ خوردن آنها است. پیچ خوردگی برگ¬ها در پاسخ به منابع اتیلن خارجی نیز مشاهده می¬شود (Cornish 1995). ساوین و همکاران (1994)، با استفاده از یک کلون cDNA برای ACC اکسیداز (aco)، میخک¬های تراریختی تولید کردند که از بیان ACC اکسیداز آنتی سنس برخوردار بوده و گل¬هایی با اتلین بسیار اندک تولید نمودند. این عمل، عمر گلدانی گل¬ها را تا 200 درصد افزایش داد. تنها گل بریده¬ای که تا سال 1997، تائیدیه آزادسازی در سطح تجاری دریافت نمود، میخک طویل العمر برای آزمایشات مزرعه¬ای در هلند و آزمایشات گلخانه¬ای در ایالات متحده آمریکا صادر گردیده است. گیاهان میخک طویل العمر تراریخت با ژن سنس acs نیز در استرالیا تائیدیه کشت دریافت نموده¬اند.

3) گیاهان تراریخت برای رنگ گل
از آنجا که مصرف کنندگان گل¬ها جذب محصولات جدید می¬شوند، رنگ گل مد نظر بیوتکنولوژی قرار گرفته است. آنتوسیانین¬ها رنگدانه¬های اصلی گل در گیاهان عالی می¬باشند. تولید گل¬های آبی¬رنگ در گونه¬های نظیر رز و میخک که این رنگها بطور طبیعی در آنها پدید نمی¬آیند، یکی از اهداف اصلی بوده است. دلفینیدین یک رنگیزه آنتوسیانینی است که معمولاً منجر به ایجاد رنگ آبی می¬شود. یک گروه تحقیقاتی از فلوریژن در استرالیا، ژنی را از Petunia hybrida شناسایی و کلون نمودند که یک فلاونوئید ´3 و '5 هیدروکسیلاز را کد می¬نماید که برای بیوسنتز دلفینیدین ضروری است ( Stevenson and Cornish 1993). این تغییر، اطلاعات مهم و ضروری را برای تولید گیاهان تراریخت با گل¬های حاوی رنگیزه¬های آبی فراهم می¬آورد.گستره¬ای از میخک¬های بنفش مهندسی شده ژنتیکی در مرحله آزاد سازی تجاری قرار دارند.

4) گیاهان تراریخت برای نرعقیمی
نرعقیمی در گیاهان هم به صورت ژنتیکی هم به صورت سیتوپلاسمی توارث می¬یابد. نرعقیمی سیتوپلاسمی (cms) بدلیل نقص در ژنوم میتوکندریایی می¬باشد. معمولاً cms با نقص در عملکرد بافت مغذی بساک مرتبط است که مواد مغذی را به دانه¬های گرده در حال نمو می¬رساند. بخش¬های ماده این گیاهان، باروری خود را حفظ می¬نمایند. گیاهان تراریخت با نرعقیمی و تجدید باروری در Brassica napus تولید شده¬اند (Mariani et al. 1990). در توتون نیز، با استفاده از یک ژن جهش یافته میتوکندریایی نرعقیمی وارد شده است. این عمل با انتقال یک ژن ریبونوکلئاز صورت گرفت. یک ژن هیبرید با یک توالی کدکننده ریبونوکلئاز و یک پروموتور اختصاصی بافت تغذیه کننده ساخته شد. ماریانی و همکاران (1990) یک ساختار ژنی ساختند که دارای یک پروموتور اختصاصی بساک از ژن TA29 توتون و یک توالی باکتریایی کد کننده ریبونوکلئاز از ژن Barnase باکتری Bacillus amylolique facines بود. فراورده ژن Barnase یک آنزیم نوکلئاز است که سمیت سلولی ایجاد نموده و فقط سلول¬های بافت تغذیه کننده را از بین می¬برد. بدین ترتیب از نمو دانه گرده ممانعت نموده و سرانجام منجر به نرعقیمی می¬شود. با استفاده از این ساختار ژنی (TA-29-RNase)، در توتون، کاهو، گلکلم، پنبه، گوجه فرنگی و ذرت گیاهان تراریخت نرعقیم تولید شده است. معذالک محدودیتی که برای این این روش وجود دارد این است که گیاهان تراریخت از نرعقیمی دائمی برخوردارند و تلاقی با یک لاین تجدید کننده باروری، نرباروری را در آنها تجدید نمی¬نماید. بعدها گزارش شد که تلاقی این گیاهان تراریخت با یک گروه دیگر از گیاهان تراریخت که یک ژن شیمری بازدارنده ریبونوکلئاز تحت کنترل یک پروموتور اختصاصی بافت تغذیه کننده درآانها بیان می¬شد، می¬تواند نرباروری را در آنها تجدید نماید. ماریانی و همکارائ در تحقیق دیگری (1992)، ساختار ژنی Barstar را از Bacillus amyloliguifacienes با پروموتور TA-29 برای تولید گیاهان تراریخت نربارور در B.napus مورد استفاده قرار دادند. فراورده ژن Barstar، یک بازدارنده ریبونوکلئاز است که با آنزیم ریبونوکلئاز تشکیل کمپلکس می¬دهد و اثر سمیت سلولی آن را خنثی می¬نماید. وقتی که گیاهان نرعقیم (ژن Barnase) با گیاهان نربارور (ژن Barstar) تلاقی داده شدند، گیاهان F1 بدلیل تجدید باروری حاصل از توقف فعالیت سمیت سلولی ریبونوکلئاز در بساک¬ها در اثر تشکیل کمپلکس RNase/ بازدارنده RNase بارور شدند. این سیستم برای تولید بذر هیبرید مورد استفاده قرار گرفت.

گیاهان تراریخت برای بذر خاتمه دهنده
به آن تکنولوژی که قابلیت حیات یا باروری بذور را پس از یک مدت معین خاتمه می¬دهد، به آن تکنولوژی خاتمه دهنده و به ژن دخیل در این پدیده ژن خاتمه دهنده می¬گویند. تکنولوژی خاتمه دهنده، به دلیل حق انحصار (شماره 5723765) بر" کنترل بیان ژن گیاهی" که توسط اداره ثبت انحصارات ایالات متحده در سوم مارس 1998 برای سازمان کشاورزی ایالات متحده آمریکا و شرکت آمریکایی دلتا و پین لند صادر گردید، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. این حق انحصار برای هر ژن جدیدی نبود، بلکه برای ژن¬های معینی صادر و برای کنترل مکانیزم¬هایی جهت خاتمه دادن به بیان صفات مورد نظر در نسل اول یا نسل¬های بعدی گیاهان اعطا شد.
تکنولوژی خاتمه دهنده، مبتنی بر استفاده از یک ژن کشنده مناسب است که بذور نسل دوم را نابارور می¬نماید. شرکت تولید کننده، بذور نسل اول را می¬فروشد که از رشد و نمو و باروری طبیعی بطور کامل برخوردار بوده و گیاهانی سالم با قابلیت تولید بذر و یا میوه تولیئ می¬نمایند، اما بذور و یا میوه¬های حاصل از این گیاهان فقط به عنوان غذا قابل استفاده هستند و اگر کشت شوند جوانه نخواهند زد. این پدیده، کشاورزان را مجبور به خریداری بذور تازه از کمپانی بذر برای فصل زراعی بعدی می¬نماید، زیرا که آنها قادر به استفاده از بذور برداشت شده برای کشت در فصل زراعی بعدی نیستند.
تکنولوژی خاتمه دهنده از سه قطعه DNA یا ژن که اطلاعات ژنتیکی ضروری راحمل می¬کند، برای انتقال به گیاهان استفاده می¬کند.

1- ژن خاتمه دهنده (ژن کشنده)
هر ژنی که بتواند یک پروتئین سمی ممانعت کننده از جوانه¬زنی بذر را در گیاهان تولید نماید می¬تواند به عنوان ژن خاتمه دهنده مورد استفاده قرار گیرد. یک ژن کشنده، پروتئین بازدارنده ریبوزوم (RIP) را کد می¬نماید. ژن کشنده کد کننده RIP، در فرایند سنتز پروتئین¬ها در سلول گیاهی اختلال ایجاد می¬کند، بدون آنکه برای دیگر موجودات سمی باشد. بنابراین بیان ژن RIP در سلول¬های جنین، از جوانه¬زنی بذر ممانعت خواهد کرد. این ژن به یک نوع خاص از پروموتور که در مراحل پایانی نمو بذر فعال می¬شود، متصل می¬گردد. وقتی که هدف، بیان صفت مذبور در نسل دوم بذور باشد، پروموتور LEA ایده¬ال است. چنین پروموتوری فقط پس از کامل شدن رشد رویشی گیاهان نسل اول فعال می¬شود. برای ممانعت از بیان ژن RIP کشنده در بذر نسل اول، یک توالی بلوکه کننده نیز توسط توالی برشی خاصی (مکان¬های LOX) ساقدوشی می¬شود. وقتی که با ایجاد برش های مکان اختصاصی در مکان¬های LOX مجاور، توالی بلوکه کننده از جایگاه خود خارج می¬شود، ژن کشنده مستقیماً با پروموتور تماس می¬یابد و بدین ترتیب در تمام نسل¬های بعدی در طی مراحل پایانی جنین¬زایی بروز می¬نماید.

2- ژن رکومبیناز
ساختار ژنی دوم، شامل یک ژن که آنزیمی بنام رکومبیناز را کد می¬نماید. این آنزیم قادر به شناسایی توالی¬های برشی LOX و حذف این توالی¬ها همراه با توالی بلوکه کننده از ساختار ژنی اول از طریق فرایند نوترکیبی است. یک سیستم توالی برشی رکومبیناز ترجیحی سیستم LOX/ CRE باکتریوفاژ است که در آن، پروتئین CRE (رکومبیناز) نوترکیبی مکان اختصاصی DNA را در مکان¬های LOX انجام می¬دهد. این ژن رکومبیناز پشت یک پروموتور متوقف شونده مخصوص یک بازدارنده که توسط ژن سوم کد می¬گردد، قرار داده می¬شود. این پروموتور می¬تواند متوقف شود و بدین ترتیب اگر یک پروتئین خاص در محیط وجود داشته باشد، آنزیم رکومبیناز تولید نمی¬شود.

3- ژن متوقف کننده
یک ژن سوم، پرتئینی به نام پرتئین بازدارنده را کد می¬نماید که پروموتور ژن رکومبیناز را در ساختار ژنی دوم متوقف می¬نماید. خود پروتئین بازدارنده به یک ماده شیمیایی خاص (تتراسایکلن) متصل شود، غیر فعال می¬گردد. بازدارنده غیرفعال ( یعنی کمپلکس بازدارنده – تتراسایکلن) قادر به متوقف ساختن پروموتور متصل شده به ژن رکومبیناز نبوده و بدبن ترتیب امکان سنتز آنزیم رکومبیناز فراهم می¬شود.

گیاهان تراریخت به عنوان بیوراکتور
به واسطه تکنیک مهندسی ژنتیک، ترکیباتی با ارزش تجاری که قبلاً فقط از منابع گیاهی وحشی و یا منابع حیوانی و میکروبی تامین می¬گردند، امروزه از طریق تکنیک مهندسی ژنتیک در گیاهان اهلی تولید می¬شوند. گیاهان تراریخت می¬توانند به عنوان بیوراکتورهای زنده برای تولید ارزان موادشیمیایی و دارویی عمل نمایند که این پدیده به زراعت مولکولی معروف می¬باشد. با استفاده از روش زراعت مولکولی می¬توان کربوهیدراتها، اسیدهای چرب، پلی پپتیدها، واکسن¬ها، آنزیم¬های صنعتی و پلاستیک¬های قابل تجزیه زیستی را در سیستم¬های گیاهی تولید نمود.

کربوهیدراتها
نشاسته یکی از اجزای سلول¬های گیاهی است. نشاسته¬های مهندسی شده با مقدار آمیلوز کاهش یافته یا مقدار نشاسته افزایش یافته در سیب زمینی تائید شده¬اند. همچنین پیش سازه¬های نشاسته¬ای نیز مجدداً در جریان مسیرهای بیوسنتزی کربوهیدراتهای ذخیرهای دیگر قرار داده شده¬اند. گیاهان توتون و سیب زمینی که توانایی ذخیره فروکتان را نداشتند، برای تجمع فروکتان، با ژن فروکتوزیل ترانسفراز از Bacillus subtilis تراریخت شده¬اند. تلاش¬هایی نیز برای تولید ترکیبات جدید از طریق مهندسی ژنتیک صورت گرفته است. گیاهان توتون، با ژن مانیتول -1 – فسفات دهیدروژناز (mt1D) از E.coli تراریخت شدهاند. این تراریخت¬ها مقدار مانیتول بیشتری تولید نموده و به سطوح بالای شوری تحمل نشان داده¬اند (Tarczynski et al. 1993). به طور مشابه، ژن میو اینوزیتول- متیل ترانسفراز از Mesembryanthemum crystallinum (گیاه یخ) به توتون انتقال داده شده است، دراین گیاه موجب تولید پینیتول که یک الکل قندی حلقوی مشتق شده از میواینوزیتول است، در این گیاه شود. ترهالوز، یک افزودنی خوراکی می¬باشد که کیفیت غذاهای خشک و فراوری شده را با خوشمزه¬تر نمودن آنها بهبود می¬بخشد. شرکت¬های بیوتکنولوژی گیاهی، موگن (در لیدن هلند) و کالژن (در دیویس ایالات متحده) سنتز مقدار اندکی ترهالوز را در گیاهان توتون تراریخت گزارش نموده¬اند.

چربیها
افزایش مقدار اسید چرب اشباع نشده تک ظرفیتی در گیاهان به دلیل افزایش کیفیت غذایی روغن¬ها یک صفت مطلوب می¬باشد. وقتی که یک ژن دساتوراز از موش صحرایی به توتون منتقل شد، در گیاهان تراریخت مقدار اسید پالمیتولئیک و اسید اولئیک به ترتیب به نسبت 16:1 و 18:1 افزایش یافت (Grayburn 1992). برای استفاده در ساخت دترژنت¬ها و همچنین کاربردهای غذایی خاص، ژن تیواستراز از درخت بای کالیفرنیا به آرابیدوپسیس منتقل گردید تا سبب تجمع یک اسید چرب با زنجیره متوسط 12 کربنه به عنوان چربی ذخیره¬ای در این گیاه شود (Voelker 1992). اولین فراورده غیر خوراکی حاصل از مهندسی زیستی گیاهی که در سطح تجاری تولید گردید، یک واریته کلزای مهندسی شده ژنتیکی که برای تولید اسید لوریک، یک اسید چرب 12 کربنه مورد استفاده در ساخت صابون¬ها و دترژنت¬ها تغییر داده شد. بدین منظور محققین فقط به انتقال یک ژن از درخت بای کالیفرنیا نیاز داشتند. این ژن، فرایند سنتز اسید چرب را در مرحله 12 کربنه متوقف نموده و اجازه رشد زنجیره تا مرحله 18 کربنی را که وضعیت عادی برای گیاه است نمی¬دهد و در عین حال، تاثیر چندانی بر عملکرد ندارد.

پلاستیک قابل تجزیه زیستی
گیاهان تولید کننده پلاستیک تجاری نیز چند سالی بیشتر با ما فاصله ندارند، اگرچه محققان در این زمینه در حال پیشرفت می¬باشند. پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) که یک پلی استر آلفاتیک با خصوصیات ترموپلاستیک می¬باشد، در ابتدا با انتقال ژنهای مرتبط با استواستیل- کوآنزیم A ردوکتاز و PHA سنتاز از باکتری Alcaligenes euthophus به Arabidopsis thaliana در گیاهان تولید شد. اگرچه گیاهان تراریخت حاصله ناسالم بوده و مقدار کمی PHB تولید نمودند، اما انتقال اولیه ژن، مؤثر واقع شد. این مشکل با اضافه کردن یک توالی به ژن که سبب می¬شود آنزیم¬های تولیدی، وزیکول¬های ذخیره¬ای یعنی پلاستیدها را مورد هدف قرار دهند، مرتفع گردید. با انجام این کار، هم مقادیر فراوانی از یک ترکیب پیش ساز اصلی برای سنتز PHB در اختیار آنزیم¬ها قرار می¬گرفت و هم سلول گیاهی از اثرات مضر احتمالی تجمع PHB در امان می¬ماند. در نتیجه، سنتز PHB، بدون اثرا ناخوشایند بارزی بر رشد گیاه یا عملکرد بذر، به میزان 10 برابر افزایش یافت (Poirire et al. 1995).

پروتئینها، پپتیدها و واکسنها
امروزه پیشرفت¬های جدید در بیوتکنولوژی گیاهی این تصورات را در اذهان منعکس می¬نماید که احتمالاً می¬توان از گیاهان مهندسی شده ژنتیکی و ویروس¬های گیاهی برای تولید واکسن بر علیه بیماریهای انسانی، از پوسیدگی دندان گرفته تا عفونتهای تهدید کننده زندگی از قبیل اسهال باکتریایی، وبا و ایدز، استفاده نمود. یکی از اولین موارد برتی تولید پپتیدهای دارویی در گیاهان، از بیان فراوان پروتئین ذخیره¬ای بذر در حالت طبیعی استفاده نمود. پپتید عصبی انکفالین، به عنوان بخشی از آلبومین s2 پروتئین ذخیره¬ای بذر در B.napus تولید می¬شد ( Krebbers and kerckore 1990). ناقلین ویروسی برای تولید پروتئین¬های پوششی شیمری در گیاهان تراریخت مورد استفاده قرار گرفته¬اند. تورپن و همکاران (1995)، روشی را برای مهندسی پرتئین کپسید ویروس TMV بصورت تلفیق¬های درونی یا تلفیق در انتهای C، با پپتیدهای حامل اپیتوپ مشتق شده از اسپوروزیت¬های مالاریا شرح دادند. هر دو نوع ساختار تلفیق درونی و تلفیق در انتهای C، مقادیر فراوانی از ویروس¬های نوترکیب با ثبات ژنتیکی تولید نمودند که در توتون آلوده آنتی بادیهای مونوکلونال ضد مالاریایی مناسب تولید کردند. پروتئین زونا پلوسیدا ZP3 با پروتئین کپسیدی ویروس TMV ترکیب شده¬اند. پروتئین ZP3 اووسیت پستانداران به عنوان هدف برای ایمنی از باروری و یک اپیتوپ 13 اسید آمینه¬ای از ZP3 موشی، به صورت ترکیب با پروتئین کپسید ویروس TMV در گیاهان بیان شده¬اند. موش¬های ایمن شده با ذرات TMV نوترکیب، آنتی بادیهای ضد ZP3 را تولید نمودند. از نظر تئوری، واکسیناسیون با پروتئین پوششی ویروسی تغییر یافته می¬تواند به عنوان یک روش کنترل تولید مثل عمل نماید، زیرا آنتی¬بادیهای زونا پلوسیدا قادر به ممانعت از باروری تخم می¬باشد. چنین مطلبی نیز برای اپیتوپ¬های مشتق شده از ویروس¬های نقص ایمنی انسان که به صورت محصولات تلفیق پروتئین¬های پوششی ویروس موزائیک یونجه بیان می¬شوند، صحیح است (Yushibor et al. 1997). ویروس موزائیک لوبیای چشم بلبلی نیز به عنوان یک سیستم بیان برای تولید پپتیدهای خارجی نظیر اپیتوپ مشتق شده از رینوویروس 14 انسان و ویروس نقص ایمنی انسان (HIV) مهندسی شده است. ویروس¬های گیاهی تغییر یافته، تولید آنتی¬بادیی را در موش تحریک نمودند که ویروس را در آزمایشات درون لوله آزمایش خنثی نمودند (McLein et al. 1995). این نتیجه، احتمال تولید واکسن ممانعت کننده از HIV را نشان می¬دهد. پروتئین¬های پوششی تلفیقی می¬توانند به عنوان یک روش مقرون بصرفه برای تولید واکسن¬ها مد نظر قرار گیرند.

تولید واکسنهای خوراکی
گیاهان تراریخت نقاط امیدی از سیستم¬های تولید واکسن کم هزینه را نشان می¬دهند. محققین روش¬های مختلفی را برای تولید واکسن¬های گیاهی اعمال می¬نمایند، اما واکسن¬های خوراکی که در حال حاضر توسط یک گروه تحقیقاتی به رهبری چارلز آرنتزن از دانشگاه A&M تگزاس در ایالات متحده در حال تولید هستند، احتمالاً ارزانترین نوع می¬باشند که به راحت¬ترین شکل قابل توزیع هستند. ایده حامی واکسن¬های خوراکی این است که افراد، بعنوان بخشی از جیره غذایی خود، با خوردن گیاهانی که واکسن را تولید می¬کنند، دز مورد نیاز خورد را دریافت نمایند. گروه آرنتزن، کار خورد را با هدف تولید واکسن¬های خوراکی برای پیشگیری از بیماریهای رودهای همچون وبا و اسهال که توسط باکتریهایی از قبیل E.coli، Shigella و Samonella ایجاد می¬شوند، شروع کرد. اسهال باکتریایی مهمترین عامل مرگ و میر کودکان در کشورهای در حال توسعه است. اولین گزارش از اصل بکارگیری یک سیستم بیان گیاهی برای تولید یک واکسن خوراکی در یک نشریه تحت معاهده همکاری حق انحصار بین الملل انتشار یافت که روشی را برای بیان یک پروتئین سطحی (spa) از Streptomyces mutans در توتون تا 2% از کل پروتئین برگ شرح داد. آنتی ژن سطحی هپاتیت B (HBsAg) در توتون بیان گردیدهاست (Mason et al. 1992) هرچند که میزان بیان آن اندک بوده است (01/0 درصد از پروتئین محلول). ایمنی به HBsAg در موش آزمایشگاهی تائید شده است.
گیاهان توتون و سیب زمینی تراریخت بیان کننده زیر واحد B انتروتوکسین حساس به گرما از E.coli با یک توالی نگهدارنده میکروزومی نیز تولید شده¬اند (Haq et al. 1995). گیاهان تراریخت، پپتید خارجی را بیان نمودند و وقتی¬که موشها از غده¬های سیب زمینی تراریخت تغذیه شدند، ایمنی خوراکی در آنها پدیدار گشت. این آزمایش سهولت استفاده از گیاهان تراریخت بعنوان سیستم¬هایی برای بیان و توزیع واکسن¬های خوراکی را ترسیم می¬نماید. واکسن خوراکی گیاهی ضد اسهال که در سیب زمینی بیان می¬شوند، مدتی است که در مرحله آزمایشات انسانی قرار دارد (Tacket et al. 1998). یکی از مشکلاتی که در مورد سیب زمینی وجود دارد این است که بایستس قبل از مصرف، پخته شود. درجه حرارت طبخ ممکن است سبب دناتوره شدن پرتئین واکسن یا کاهش یا حذف توانایی آن در ایجاد ایمنی گردد.
معذالک مشکل سیب زمینی با متوسل شدن به موز که بصورت خام خورده می¬شود، ممکن است به زودی حل شود. آرنتزن و همکارانش، یک ژن بیگانه را به درختان موز منتقل نموده و بیان آن را نیز به اثبات رسانده¬اند. آنها در این آزمایش از ژن مولد پروتئین واکسن استفاده نکردند، اما قصد انتقال ژن انتروتوکسین E.coli را به موز دارن که اگر با موفقیت همراه شود می¬خواهند ژن¬هایی را برای پروتئین¬های واکسنی دیگر به موز منتقل نمایند.
بنابراین گیاهان تراریخت این نوید را داده¬اند که بعنوان سیستم¬های کم هزینه برای تولید واکسن بکار روند. تلاش¬های قابل توجهی در جهت بیان تعداد زیادی از پروتئین¬های مورد استفاده در واکسن درمانی به مقادیر زیاد در گیاهان و استفاده از گیاهان به عنوان بیوراکتورهای عصر مدرن در حال انجام است.


چشم انداز آینده
در حالیکه کمتر شکی در مورد مدرن بودن بیوتکنولوژی وجود دارد، بدون شک این فن آوری یک مد زودگذر نیست. انتظارات ایجاد شده برای توسعه تجاری مقاومت به علفکش¬ها و حشرات، آینده درخشانی را برای بیوتکنولوژی کشاورزی خاطر نشان می¬نماید. با توجه به شواهد اولیهای که در مورد استفاده از انتقال ژن¬های جدید به منظور ایجاد لاین¬های گیاهی سودمند برای تولید مواد شیمیایی از مواد دارویی گرفته تا پلاستیک¬های قابل تجزیه زیستی وجود دارد، چشم انداز آینده این تکنولوژی نیز امیدوار کننده است. بیوتکنولوژی کشاورزی در مسیر خود از شروع بکار بیوتکنولوژی تا تولید مزرعهای محصولات تجاری، با موانع متعددی از محدودیت¬های علمی و تکنولوژیکی، تا مشکلات قانونی و مدیریتی، عوامل اقتصادی و نگرانی¬های اجتماعی روبرو می¬باشد. فرضیه محافظه کارانه قوانین در اکثر کشورها این است که تمام گیاهان تراریخت بطور بالقوه خطرناک هستند. خطرات احتمالی، مرتبط با ژن منتقل شده و یا فنوتیپ ایجاده شده است نه روش¬های مورد استفاده برای انتقال ژن. تا کنون گزارشی در مورد اثرات مضر محیطی و یا دیگر خطرات پیش بینی نشده گیاهان تراریخت در هزاران آزمایش مزرعه¬ای صورت گرفته در عرصه بین المللی ارائه نگردیده است. با این حال، نگرانی¬های متعددی دررابطه مستقیم با سیستم¬های کشاورزی ایجاد شده است. بعنوان مثال، استفاده از ژن¬های مقاومت منشاء گرفته از ویروسها نگرنی¬هایی را در مورد احتمال نوترکیبی ویروسی و ایجاد ویروس¬های جدیدی با دامنه میزبانی و شدت علائم تغییر یافته بوجود آورده است. استفاده از مقاومت به حشرات ناشی ار Bt مهندسی شده، نگرانی¬هایی را در مورد تکامل سریع مقاومت در حشرات ایجاد نموده است. دیگران نیز امکان ایجاد مشکلات جدید یا سخت تر در مواجهه با علف هزر را خاطر نشان نموده¬اند. در کشورهای در حال توسعه، بکارگیری تکنولوژی بذر خاتمه دهنده به یک موضوع مهم تبدیل شده است، اما نقاط مورد اختلاف مطرح نگردیده¬اند. اکنون عکس العمل مصرف کننده به محصولات گیاهی تراریخت با آزادسازی تجاری واریته¬های پیشرفته در سطح تجاری سنجیده شده است. این آزاد سازی با افزایش انتشار اطلاعات در مورد گیاهان تراریخت به شکل قابل دسترسی برای عموم، همزمان گردیده است. با این حال همچنان که محدودیت¬های تکنیکی برداشته می¬شوند، این احتمال وجود دارد که محدودیت¬های تجاری به اصلی¬ترین موانع تبدیل گردند. تکنولوژی جدید که در این عرصه خلق می¬گردند کاملاً اختراعی بوده و واجد شرایط احراز حق انحصاری و ملاحظه حقوق مالکین معنوی میباشد

انواع مارکرها

مارکرها انواع مختلفی دارند. در یک تقسیم بندی کلی می توان مارکرها  را به صورت زیر دسته بندی کرد:

۱-    مارکرهای فنوتیپی

۲-    مارکرهای مولکولی

مارکرهای فنوتیپی همانگونه که از نام آنها مشخص است از روی فنوتیپ ارزیابی می شوند و لذا ارزیابی آنها خیلی ساده است. تعداد این مارکرها کم است و پلی مورفیزم کمی نیز تولید می کنند. از طرفی در اغلب موارد مارکر فنوتیپی در واقع یک صفت نامطلوب است، مثلا کوتولگی بوته، ابلق بودن برگ ها و ... . لذا امروزه از این نوع مارکرها استفاده نمی شود.

مارکرهای مولکولی خود به دو دسته تقسیم می شوند.

۱-    مارکرهای بیوشیمیایی

۲-    مارکرهای DNA

مارکرهای بیوشیمیایی شامل موارد متعددی است. این نوع مارکرها  نیز امروزه کارایی زیادی ندارند چرا که تعداد آنها کم بوده و پلی مورفیزم کافی ایجاد نمی کنند، لیکن نکته مثبت در آنها هم بارز بودن است.

 

این گروه را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

الف. مولکول های بیوشیمیایی کوچک: مثل ترکیبات فنلی، ترکیبات معطر و ...

ب. پروتئین های ذخیره ای: مثل گلوتنین و گلیادین که در گندم خصوصا در تعیین ارزش نانوایی کاربرد دارد.

ج. آیزوزایم ها: اینها در واقع فرم های مختلف یک آنزیم هستند که یک واکمش را کاتالیز می کنند ولی ممکن است سرعت فعالیت آنها متفاوت باشد. ان مارکرها در دهه 80 کاربرد زیادی داشتند. تنکسلی توانست بر اساس آیزوزایم ها در گوجه فرنگی اولین نقشه لینکاژی را طراحی نماید.

مارکرهای DNA در واقع مهمترین و کاربردی ترین سیستم های مارکری هستند که گستردگی

 

زیادی داشته و هر روزه در حال توسعه و تکامل هستند. از آنجا که در اولین سطح بیان ژن مطرح می شوند، خیلی دقیق بوده، دارای تنوع زیاد و پلی مورفیزم بالا هستند.

براون (1999) مارکرهای DNA را به ساختمان ها و اماکن مهم در یک شهر تشبیه می کرد که می توان نقاط شهر را نسبت به آنها آدرس داد و مکان یابی نمود.

مارکرهای DNA انواع بسیار زیادی دارند. تقسیم بندی رایج به صورت زیر است:

۱-    مارکرهای مبتنی بر هیبریداسیون

۲-    مارکرهای مبتنی بر واکنش زنجیرهای پلیمراز(PCR)

بازرترین نوع مارکرهای نوع اول RFLP می باشد. VNTR ها و میکروستلیت ها نیز در این گروه قرار دارند. در این نوع مارکرها یک قطعه DNA نشاندار شده (پروب) جهت هیبریداسیون استفاده می شود. RFLP در سال 1980 توسط Botstain ابداع شد و دقت بسیار زیادی دارد، لیکن امروزه صرفا به دلیل وقت گیر و پر زحمت بودن آن، کمتر استفاده می شود.

مارکرهای مبتنی بر PCR آنهایی هستند که برای آشکار سازی از پرایمر (1 یا 2 پرایمر) استفاده می کنند. این گروه شامل طیف وسیعی از مارکرها می باشد و از آنجا که خیلی سریع قابل انجام هستند، هر روزه گسترش بیشتری می یابند. RAPD، DAF، AFLP، SSR، STS، SCAR، ALP و ... نمونه هایی از این مارکرها هستند.

RAPD: یکی از مهمترین این مارکرهاست. نیازی به داشتن توالی خاصی از DNA ندارد و پرایمرهای آن کاملا تصادفی طراحی می شوند. غالب بودن و عدم تکرار پذیری و همچنین عدم تشخیص سیستم آللی از معایب بزرگ آن می باشد.

AFLP: یکی از کارآمدترین سیستم های مارکری است که توسط Vos و همکاران (1995) ابداع شد و در آن سعی شده است که دقت RFLP و سرعت PCR با هم در یک سیستم جمع شود. مهمترین مشکل آن غالب بودن است.

SSR: شامل طیف وسیعی از مارکرهاست که همگی بر اساس توالی های تکراری ژنوم استوار هستند. میکروستلیت ها توالی های 7-1 نوکلئوتیدی حد اکثر تا 100 بار پشت سر هم تکرار شده اند. تکرارها می تواند AG، AC، GC و ... باشد ولی در ژنوم گیاهی تکرارهای n(AT) و n(A) حداثر هستند (n تعداد تکرار می باشد). میکروستلیت ها در ژنوم پستانداران خیلی زیادتر هستند. این گروه مارکرها پلی مورفیزم بسیار زیادی دارند و از طرفی هم بازر نیز هستند. ویژگی دیگر آنها این است که چنانچه پیوستگی ژنی بایک مارکر میکروستلیت تایید شود در واقع آن ژن نقشه یابی نیز شده است.

STMS، STR، RAMP، RAMPO، MP-PCR، SAMPLE و ... مارکرهایی هستند که بر اساس میکروستلیت ها طراحی شده اند. این مارکرها خیلی شبیه به هم هستند و فقط در موارد کوچکی اختلاف دارند. سعی شده است که خصوصیات مفید مارکرهای دیگر را با میکروستلیت ها تلفیق کنند تا کارآیی سیستم مارکری افزایش یابد. مثلا مارکر RAMP تلفیقی از SSR و RAPD است. SAMPLE که شاید قوی ترین مارکر در این گروه باشد تلفیقی از SSR و AFLP می باشد.

کارآیی این گروه مارکری توسط Gupta در سال 2000 در مورد گندم به طور مفصل بررسی شده است.

کاربرد مارکرهای DNA

۱- توالی یابی ژنوم: شاید مهمترین کاربرد مارکرها باشد. از آنجا که ژنوم یوکاریوت ها خیلی بزرگ است برای توالی یابی آن باید ژنوم را به قطعات خیلی کوچک تقسیم کرد و هر قطعه را جداگانه توالی یابی نمود. لذا باید روی DNA نقاط معیاری وجود داشته باشد تا بتوان بر اساس آنها نتایج حاصل از توالی یابی قطعات را کنار هم چید. این معیارها می توانند همان مارکرها باشند (Brown,1999).

۲- Gene tagging: عبارتست از یافتن پیوستگی بین صفت مورد نظر با یک مارکر. این امر با بررسی تقرق هم زمان (Cosegregation) صفت و مارکر تحقق

می یابد.

۳- Gene mapping: عبارتست از تعیین محل یک ژن روی کروموزوم.

۴- بررسی روابط خویشاوندی: با استفاده از پلی مورفیزم مارکری می توان افراد مختلف را از هم متمایز ساخت. این مورد بیشتر در مطالعات فیلوژنتیکی و تعیین مبدا تنوع اهمیت دارد.

۵- تعیین گروه های هتروتیک: در تهیه بذر هیبرید تعیین لاین های اینبرد والدینی اهمیت زیادی دارد. این والدین باید طوری انتخاب شوند که تعداد هتروزیس حداکثر باشد. مقدار هتروزیس به میزان غالبیت در هر لوکوس و فاصله ژنتیکی والدین بستگی دارد. این فاصله ژنتیکی را می توان از آنالیز کلاستری که با استفاده از پلی مورفیزم مارکری در بین اینبرد لاین های مختلف به دست می آید، تعیین کرد و بهترین اینبردها را انتخاب نمود.

۶- انتخاب به کمک مارکر (MAS)

مهم ترین کاربرد مارکرها در اصلاح نباتات است. هدف این است که بتوان صفت مورد نظر  را با واسطه مارکر پیوسته با صفت، انتخاب کرد. این مساله بسیار مهم است چرا که اگر پیوستگی یک مارکر با ژن مورد نظر تایید شود آنگاه می توان در هر مرحله ای از رشد گیاه و در هر محیطی اقدام به گزینش نمود.

اغلب صفات مهم زراعی مثل عملکرد، مقابله با خشکی و شوری و ... صفاتی کمی هستند که توسط لکوس های کمی (QTL) کنترل می شوند. لذا امروزه در پروژه های اصلاحی سعی بر نقشه یابی QTLها است تا بتوان از آنها در MAS استفاده کرد.

۷- حفظ ذخایر ژنتیکی: به کمک مارکرها می توان تنوع ژنتیکی موجود را بررسی کرد و در حفظ و سازماندهی آن اقدام نمود.

 

Reference

1. Brown T.A, 1999 . Genome. BIOS. publisher

2. Gupta P.K, R.K. Varshney. 2000. The development and use of microsatellite markers for genetic analysis and plant breeding with emphasis on bread wheat. Euphytica 113: 116-18

برنج اصلاح شده

در سالي كه گذشت، كشت برنج تراريخته (اصلاح ژنتيكي شده) با وجود ممانعت و مخالفت برخي نهادها، كماكان توسط شماري از كشاورزان و با همكاري برخي از پژوهشگران در چند استان كشور ادامه يافت.

به گزارش خبرنگار سایت پزشکان بدون مرز به نقل از ایرنا ، به گفته منابع مختلف، در همين حال چندين محصول از گياهان تراريخته، از جمله برنج تراريخته وارد كشور مي‌شود و مردم از آن استفاده مي‌كنند.

با توجه به اهميت توليد گياهان تراريخته در كشور و ديدگاه‌ها و چالش هايي كه در مخالفت و موافقت با توليد اين گياهان به خصوص توليد برنج تراريخته در كشور وجود دارد، گروه علمي ايرنا اين موضوع را در گفت‌وگو با كارشناسان و دانش پژوهان كشور و همچنين دستگاه‌ها و سازمان‌هاي مرتبط، در يك گزارش چند بخشي منتشر مي‌كند.

مسوولان دستگاه‌هاي مختلف در سطوح متفاوت در اين زمينه مطالب گوناگوني عنوان كرده‌اند كه مرور اين اظهار نظرها و نيز آنچه در همين مدت در جهان به وقوع پيوسته است، مي‌تواند روشنگر باشد و مديريت ارشد كشور را در مورد چگونگي برخورد با فناوري‌هاي نوين، لزوم بسترسازي براي پذيرش اين فناوري‌ها و در عين حال “موانع توسعه فناوري و توليد دانايي محور” در كشور به تفكر بيشتر و شايد اقدام وادارد.

* محصولات تراريخته يا اصلاح ژنتيكي شده، چيست ؟

محصولاتي كه از طريق مهندسي و اصلاح ژن‌هاي يك ارگانيسم به دست مي‌آيند، “تراريخته” مي‌گويند كه معادل ‪ Genetically Modified Organisms‬يا “‪”GMOs‬ است.

در اين اصلاح ژنتيكي، “دي.ان.اي” موجودات با استفاده از روش‌هاي درون شيشه‌اي تغيير مي‌يابد، يعني دي‌ان‌اي (اسيد نوكلئيك) پس از ايجاد تغيير در خارج از بدن آن موجود يا گياه، به درون سلول‌هاي آن منتقل مي‌شود به نحوي كه بتواند به جزيي از دي‌ان‌اي آن موجود تبديل شود.اين تغيير مي‌تواند موجب توليد فراورده‌هايي شود كه براي مثال در محصولات كشاورزي صفات مطلوبي مانند مقاومت به آفات و تحمل خشكي،ايجاد كنند و اين ويژگي را به نسل‌هاي بعدي محصول انتقال دهند.

* برنج تراريخته چيست و با چه هدفي توليد شده است؟

دكتر بهزاد قره‌ياضي متخصص مهندسي ژنتيك و ايمني زيستي و مجري طرح توليد برنج تراريخته در اين‌باره چنين توضيح مي‌دهد:
توليد برنج اصلاح شده ژنتيكي را يكي از افتخارات ملي و دستاوردهاي جمهوري اسلامي ايران در عرصه علم و فناوري است.

برنج تراريخته طارم مولايي اولين برنج تراريخته رهاسازي شده در جهان و اولين محصول تراريخته كشورهاي مسلمان و منطقه خاورميانه است كه به سطح مزرعه راه يافته است و صدها كشاورز ايراني آن را توليد كرده‌اند و در حال حاضر نيز به كشت آن مشغول هستند.

برنج تراريخته با استفاده از روش مهندسي ژنتيك به نحوي توليد شده است كه نوعي پروتئين به نام ‪ Cry۱Ab‬در برگها و ساقه‌هاي آن توليد مي‌شود كه موجب مصونيت كامل اين برنج در مقابل حمله آفات پروانه‌اي و از جمله كرم ساقه خوار برنج مي‌شود.

در نتيجه براي توليد اين محصول نيازي به كاربرد سموم شيميايي دفع آفات نباتي نخواهد بود.

با توجه به اينكه بيشترين مصرف سموم شيميايي حشره‌كش در كشور ما مربوط به مبارزه با كرم ساقه‌خوار برنج است، كشت اين محصول فوايد اقتصادي، بهداشتي، اجتماعي و زيست محيطي فراواني را به دنبال خواهد داشت كه به ذكر برخي از آن‌ها اكتفا مي‌شود:
مصرف سموم شيميايي حشره‌كش در زراعت برنج كاهش يافته و به سمت صفر ميل خواهد كرد. در نتيجه صدها هزار دلار ارز براي خريد سم يا مواد اوليه آن، خريد سمپاش و هزينه سمپاشي صرفه جويي خواهد شد.

هزينه تمام شده برنج به دليل كاهش مصرف نهاده ها(سم)، كاهش يافته و سود خالص كشاورزان بيشتر خواهد شد.

محصول برنج تراريخته حدود ‪ ۲۰‬درصد بيشتر از برنج غير تراريخته از همان گونه است. بنابراين ضمن افزايش توليد محصول در كلان كشور موجب افزايش برداشت محصول از واحد سطح و كاهش بيشتر هزينه‌هاي توليد و سود خالص بيشتر براي كشاورزان خواهد شد.

كاهش مصرف سموم، موجب حفاظت از محيط زيست و جلوگيري از كشتار مارها، ماهيان، قورباغه ها، كفشدوزك ها، پروانه‌ها و ساير جانوران مفيد موجود در مزارع برنج خواهد شد.

از مسموميت شاليكاران و فرزندان خردسال آنان به دليل بي‌احتياطي يا زياده روي در مصرف سموم جلوگيري خواهد شد.

نظر به اين كه در فرايند توليد برنج تراريخته به هيچ عنوان از حشره- كش‌هاي شيميايي استفاده نمي‌شود بنابراين محصول نهايي در مقايسه با مشابه سنتي آن سالم تر بوده و فاقد هرگونه بقاياي سموم در دانه است كه مي‌تواند عوارض سويي را بر روي سلامتي مصرف‌كنندگان برجاي بگذارد.

برنج تراريخته طارم مولايي اولين دستاورد دانشمندان ايراني است اما ژن مورد نظر از طريق تلاقي‌هاي برگشتي به واريته‌هاي ديگري نيز منتقل شده و هم اكنون لاين‌هاي واريته‌هاي پرمحصولي نظير نعمت تراريخته، نداي تراريخته و خزر تراريخته نيز وجود دارند كه در صورت توليد انبوه تحول مهمي را در خودكفايي برنج ايجاد خواهند كرد.

از سوي ديگر در صورت حمايت از اين نوع پروژه ها، امكان توليد برنج تراريخته‌اي وجود دارد كه بدون نياز به آب فراوان و نظير گندم كشت مي‌شود.

براي كساني كه كوچكترين آشنايي با كشاورزي كشور و محدوديت‌هاي اصلي توسعه آن، از جمله كمبود آب، دارند اهميت كشت برنج به صورت خطي و بدون غرقاب كردن، روشن است.

برنج‌هاي تراريخته ديگري به صورت آزمايشي در كشورهاي ديگر توليد شده اند كه داراي ويتامين آ، آهن و روي بيشتري هستند و مسوولان وزارت بهداشت و درمان و آموزش پزشكي متقاضي توليد آن هستند، زيرا كمبود اين ويتامين و عناصر معدني نقش بسيار زيادي در بيماريها و كمبودهاي تغذيه‌اي جامعه ايراني به ويژه زنان باردار ايفا مي‌كنند.

* مخالفان توليد برنج تراريخته:

اما مخالفان محصولات تراريخته (‪ (GMO‬مي‌گويند پيامدهاي استفاده از فناوري اصلاح ژنتيكي هنوز به اثبات نرسيده است و در نتيجه به طور بالقوه خطرناك است.

خانم دكتر فاطمه واعظ جوادي رييس سازمان حفاظت محيط زيست از جمله افرادي است كه با توليد برنج تراريخته مخالفت كرده است و پيش از اين نظراتش در رسانه‌ها منتشر شده است.

وي مي‌گويد: انسان دانه برنج تراريخته را مصرف مي‌كند، اما هنوز نمي‌دانيم بر سر ساقه اين برنج كه مي‌تواند كرم ساقه خوار را از بين ببرد چه مي‌آيد و تاثير آن بر ميكروارگانيسم‌ها و ساير موجودات چه خواهد بود.

وي مي‌گويد: در برنج تراريخته ژني از باكتري “‪ “Bt‬را وارد برنج كرده‌اند كه آن را به آفت كرم ساقه خوار مقاوم كرده‌اند.

رييس سازمان حفاظت محيط زيست، همچنين اين نگراني را دارد كه به اكوسيستم خاك و موجودات و نيز حشرات به عنوان چرخه دوم و پرندگاني كه اين حشرات را مي‌خورند به عنوان چرخه سوم و دام و طيور وانسان در چرخه‌هاي لطمه وارد شود.

دكتر”بهزاد قره‌ياضي” متخصص مهندسي ژنتيك وايمني زيستي و مجري طرح توليد برنج تراريخته با گله از سازمان حفاظت محيط زيست مي‌گويد: با توجه به واگذاري مسووليت دبيرخانه شوراي ملي‌ايمني زيستي به اين سازمان، هنوز با وجود گذشت يك سال، تقاضاي مجري برنج تراريخته در اين شورا مطرح نشده است.

با توجه به الحاق ايران به پروتكل ايمني زيستي (كارتاهنا) در بهمن ماه سال ‪ ،۸۴‬مسووليت دبيرخانه ايمني زيستي به سازمان حفاظت محيط زيست داده شد.

‪ ۲۵‬ارديبهشت ماه سال ‪ ۸۵‬موضوع محصولات تراريخته در كميسيون كشاورزي مجلس مطرح شد كه در آن نشست قرار شد “قانون ملي‌ايمني زيستي” تدوين و به صورت لايحه از سوي دولت ارايه شود.

وي مي‌گويد: اساسا چه اقدامي در زمينه توسعه مهندسي ژنتيك و فناوري هاي پيشرفته نظير توليد برنج تراريخته انجام شده است؟
“همچنين بايد پرسيد كه در راستاي حمايت از تحقيقات و مطالعات در خصوص مسايل تغذيه مردم و توليد برنج‌هاي با كيفيت برتر كه بي‌نياز از مصرف سموم شيميايي است، چه حمايتي از پژوهشگران صورت گرفته است؟”
قره‌ياضي درباره اثرات ساقه برنج تراريخته بر ميكروارگانيسم‌ها و ساير موجودات به خبرنگار علمي ايرنا گفت : مقالات متعددي در اين زمينه وجود دارد و گروه ‪ ۱۰‬نفره متخصصان شامل نماينده سه انجمن علمي ايمني زيستي كشور، ژنتيك ايران و بيوتكنولوژي كشور كه اين برنج تراريخته را مورد بررسي دقيق و موشكافانه قرار داده‌اند، وجود هر گونه شائبه و شبهه ايمني در مورد مصرف برنج تراريخته را مردود دانسته‌اند.

وي تصريح كرد: در اين برنج تراريخته از فناوري پيشرفته مبتني بر نوعي پيشبر (پروموترخاص ) استفاده شده كه پروتئين ‪ Bt‬فقط در بافت سبز گياه تظاهر پيدا مي‌كند و تا زماني كه ساقه و برگ‌ها سبز هستند اين پروتئين وجود دارد، اما در انتهاي سيكل حياتي برنج، اين پروتئين قبل از برداشت برنج به سرعت از بين مي‌رود و هنگام برداشت برنج، كشاورزان آفات روي برنج را مشاهده مي‌كنند كه اين امر از جنبه‌هاي پيشرفته مهندسي اين محصول استراتژيك است.

مجري طرح برنج تراريخته افزود: از سوي ديگر اين پروتئين به سرعت در خاك تجزيه مي‌شود و روي حشرات مفيد هيچگونه اثر سويي ندارد و تنها روي دسته خاصي از آفات پروانه‌يي كه آفت برنج محسوب مي‌شوند اثر سوء دارد و حتي اگر پروتئين خالص ‪ Bt‬به طيور دام‌هاي اهلي پرندگان وحشي و غيره داده شود طبق آزمايش‌ها و گزارش‌هاي مستند هيچ اثر سويي بر روي آن‌ها ندارد.

قره‌ياضي سوال كرد كه آيا سمي كه براي كنترل آفات استفاده مي‌شود اثر سوء ندارد؟ و اگر درباره مهندسي ژنتيك احتمال وقوع يك عارضه ناشناخته‌اي مورد نظر باشد، سووال اين است كه چرا قطعيت وقوع آثار سوء استفاده از سموم شيميايي، مخالفان برنج تراريخته را نگران نمي‌كند؟
وي افزود براي توليد برنج تراريخته حتي يك قطره سم شيميايي حشره‌كش استفاده نمي‌شود. در حالي كه براي توليد برنج‌هاي غير تراريخته ده هاهزار تن سم وارد محيط زيست مي‌شود.

قره‌ياضي گفت: انجمن ايمني زيستي، انجمن بيوتكنولوژي،انجمن ژنتيك و انجمن علوم زراعت و اصلاح نباتات پس از بررسي برنج تراريخته اعلام كردند كه هيچگونه شواهدي مبني بر وجود آثار سوء احتمالي در اين اين نوع برنج مشاهده نشده است.

مهندس قره‌ياضي همچنين خاطرنشان كرد كه هر كدام از بخش‌هاي جامعه متولي مخصوص به خود را دارد كه توسط دانشمندان آن بخش همه مسايل لحاظ مي‌شود و اگر اين عمل عوارض يا آلرژي را به دنبال داشته باشد اعلام مي‌كنند.

وي خاطرنشان كرد كه از سال ‪ ۱۳۷۳‬مسايلي كه از سوي گروه‌هاي مخالف مطرح مي‌شود بررسي شده است و اكنون حدود چهار سال است كه مردم در حال خوردن اين برنج هستند و ايران تنها كشوري است كه اين فناوري را در تمام دنيا انجام مي‌دهد.

مهندس “مريم ملك پور” كارشناس مسوول دفتر ايمني زيستي سازمان حفاظت محيط زيست به خبرنگار ايرنا گفت: متاسفانه هنوز مستندات و نمونه برنج تراريخته براي بررسي‌هاي دقيق تر در اختيار مسوولان سازمان حفاظت محيط زيست قرار نگرفته است.

وي با اشاره به اينكه سازمان محيط زيست مخالف توليد اين محصول نيست، تاكيد كرد: تا زمانيكه سازمان حفاظت محيط زيست از سلامت اين محصول اطمينان حاصل نكند، اين محصول را تاييد نمي‌كند.

وي ادامه داد: هم اكنون پيش‌نويس قانون ايمني زيستي تهيه شده است و پس از تصويب تمام مواد آن در شوراي ملي ايمني زيستي، اين قانون براي تصويب به مجلس خواهد رفت.

وي گفت: با تصويب اين قانون بسياري از ابهامات در مورد توليد محصولات تراريخته و از جمله برنج تراريخته برطرف خواهد شد و توليد اين محصولات به صورت قانوني انجام خواهد گرفت.

ملك پور افزود: براي توليد برنج تراريخته نيازمند قانون ايمني زيستي هستيم تا توليد آن قانوني باشد و از سلامت اين محصول مطمئن باشيم.

* توليد اولين برنج تراريخته جهان در ايران:

در بهار سال ‪ ۱۳۸۵‬يعني يكسال قبل در همين ايام، گزارشي تحت عنوان “بازتاب وسيع توليد اولين برنج تراريخته جهان توسط ايران منتشر شد كه در كشور انعكاس گسترده‌اي داشت.

در اين گزارش كه معاونت پژوهش‌هاي اقتصادي آن را منتشر كرد، “‪ “Agrifood Awareness‬استراليا اعلام كرد كه ايران رهبريت بيوتكنولوژي برنج جهان را در دست مي‌گيرد”.

همچنين به گزارش “‪ “ISAAA‬موسسه خدمات بين‌المللي براي كسب كاربردهاي بيوتكنولوژي، با ادامه توليد تنها برنج تراريخته جهان، ايران همچنان در صدر كشورهاي اسلامي و منطقه قرار دارد.

‪ ISAAA‬يك موسسه غيرانتفاعي است كه خدمات بيوتكنولوژي كشاورزي در اختيار مردم فقير كشورهاي در حال توسعه قرار مي‌دهد. هدف اين موسسه سهيم كردن ديگران در اين فناوري‌هاي قدرتمند است براي اينكه بتوانند از اين مواهب استفاده كنند و آنان را براي استفاده صحيح و بي‌خطرازاين فناوري راهنمايي كند.

گزارش ‪ Agrifood Awareness‬و موسسه “‪ “ISAAA‬بازتاب وسيعي در بين دستگاه‌هاي مختلف اجرايي و حتي مجلس شوراي اسلامي داشت و مبناي سووال از وزير جهاد كشاورزي قرار گرفت.

* ويژگي‌هاي گياهان تراريخته:

مهندس “بهزاد قره‌ياضي” متخصص مهندسي ژنتيك و ايمني زيستي مجري طرح برنج تراريخته، درباره ويژگي‌هاي اين محصولات مي‌گويد: امروزه گياهان تراريخته در برابر آفات مقاوم هستند و براي صرفه‌جويي در مصرف سموم شيميايي، گزينه مناسبي به شمار مي‌روند.

وي افزود: با كشت گياهان تراريخته، علف‌هاي هرز بهتر كنترل مي‌شود و اثرات بد علف كش‌ها كاهش مي‌يابد. به گفته او مي‌توان با استفاده از اين فناوري نوين، محصولات را نسبت به برخي ويروس‌ها مقاوم كرد و يا ويتامين ها و فلزات مثل آهن و روي موجود در آنها را افزايش داد.

اين متخصص مهندسي ژنتيك و ايمني زيستي مي‌گويد: سرعت رشد ماهي تراريخته ‪ ۳۰‬برابر رشد ماهي غير تراريخته است، گاو تراريخته مقاوم به ورم پستان است و بزهاي تراريخته‌اي كه داروهاي متفاوتي در شير خود توليد مي‌كنند نيز هم اكنون يكي پس از ديگري مجوز توليد دريافت مي‌كنند.

گروه علمي ايرنا در بخش‌هاي بعدي اين گزارش ، ديدگاه‌هاي ساير مقامات مسوول، از جمله وزير بهداشت درمان و آموزش پزشكي ، كارشناسان تغذيه و پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي كشور را درباره توليد برنج تراريخته مخابره خواهد كرد.

  گزارش: عليرضا خسروي

اصطلاحات رايج در ژنتيک

آلل: انواع جایگزین اطلاعات ژنتیکی در یک جایگاه ژنی خاص یا به عبارت دیگر دو شکل مختلف یک ژن را آلل گویند.

آلل نوع وحشی (wild-type allele): در مورد بسیاری از ژنها ، نگارش منفرد رایجی در اکثر افراد وجود دارد که متخصصان ژنتیک آن را آلل نوع وحشی یا آلل طبیعی می‌نامند.

آلل جهش یافته: نگارشهای دیگر ژن به غیر از آلل نوع وحشی که بواسطه جهش با آلل نوع طبیعی تفاوت دارند.

چند شکلی جایگاه ژنی: اگر در جمعیت حداقل دو آلل نسبتا رایج در یک جایگاه ژنی موجود باشند، گفته می‌شود که این جایگاه ژنی ، حالت چند شکلی را نشان می‌دهد
ژنوتیپ (Genotype): ژنوتیپ یک فرد مجموعه آلل‌هایی است که ساختار ژنتیکی او را مجموعا در تمام جایگاههای ژنی بطور معمولتر در یک جایگاه ژنی تشکیل می‌دهند.

فنوتیپ (Phenotype): فنوتیپ بروز قابل مشاهده یک ژنوتیپ به عنوان صفتی ظاهری ، بالینی با بیوشیمیایی یا مولکولی است.

اختلال تک ژنی: اختلالی است که توسط آلل‌هایی در یک جایگاه ژنی منفرد تعیین می‌شود. نوعی آلل که بر اثر جهش در گذشته بوجود آمده و بطور معمول نادرست ، جایگزین یک آلل نوع وحشی روی یک یا هر دو کروموزوم می‌شود.
هوموزیگوت: وقتی فردی یک جفت آلل یکسان داشته باشد، گفته می‌شود که او هموزیگوس (هموزیگوت) است.

هتروزیگوت:وقتی فردی یک جفت آلل متفاوت داشته باشد، گفته می‌شود که هتروزیگوس (هتروزیگوت) است.

هتروزیگوت مرکب: اصطلاح هتروزیگوت مرکب ، برای توصیف ژنوتیپی بکار می‌رود که در آن دو آلل جهش یافته مختلف از یک ژن وجود داشته باشند، نه یک آلل طبیعی و یک آلل جهش یافته.
جهش (Mutation):اصطلاح جهش به دو معنی در ژنتیک پزشکی استفاده می‌شود؛ گاهی برای نشان دادن یک تغییر ژنتیکی جدید که قبلا شناخته نشده است و گاهی صرفا برای نشان دادن یک آلل مسبب بیماری.

ژنوم (Genome):یک مجموعه کامل (n) کرموزومی که به عنوان یک واحد از یک والد به ارث می‌رسد.

Holandric gene:ژنی که روی کروموزوم y قرار دارد. بنابراین این ژن از پدر به پسر به ارث می‌رسد.

همی زیگوس (Hemizygous):وضعیت و حالتی است که فقط یکی از آلل‌های یک جفت ژن وجود داشته باشد. مثل ژنهای وابسته به جنس یا در اثر کمبود.
هتروکروماتین:رنگ پذیری بعضی از قسمتهای کروموزوم شدید بوده و هترکروماتین نامیده می‌شود. DNA تکرار شده در یوکاریوت که به ندرت ، نسخه برداری می‌گردد.
کروموزوم x:کروموزومی که در تعیین جنسیت دخالت دارد. در اکثر حیوانات ، ماده‌ها دارای دو و نرها دارای یک کروموزوم x هستند.

کروموزوم y:لنگه کرموزوم x در اکثر گونه‌های گیاهی و جانوری ، در مگس سرکه کروموزوم y از هتروکروماتین تشکیل شده ژنهای خیلی کمی را حمل می‌کند و در تعیین جنسیت دخالت ندارد. در ازای آن کرموزوم y ژنهایی را حمل می‌کند و در تعیین جنسیت نرها دخالت دارد.
یونی والانت (univalent):کروموزوم جفت نشده در میوز.
Ascertainment:روش انتخاب افراد ، جهت بررسی در یک مطالعه ژنتیکی.

• آتوزوم (Autosome):کروموزوم های غیر جنسی.
  
  
• فرد حامل (Carricr):فردی که حامل ژن مغلوب است و اثر ژن در آن ظاهر نمی‌شود.
  
  
• سانتی مورگان (Centimorgan):در پیوستگی ژنها ، واحدی است که نشان دهنده یک درصد نوترکیبی است و به آن واحد نقشه‌ای (Map unit) ، نیز می‌گویند.
  
  
• سانترومر:بخشی از کروموزوم که به رشته‌های دوک در هنگام تقسیم سلولی ، متصل است.
• سیسترون (Cistron):یک واحد فعال مولکول DNA است. یک سیسترون DNA مشخص کننده یک زنجیره پلی پپتیدی در سنتز protein است.
• کراسینگ اور (Crassing-over):در نتیجه تقاطع یا تبادل قسمتی از کروموزوم ها مبادله ژنهای پیوسته صورت می‌گیرد که این امر سبب تولید ترکیباتی می‌شود که متفاوت با والدینشان خواهند بود. بنابراین عبارت تقاطع کروموزومی (Crassing-over) شامل ترکیبات ژنی جدید می‌شود.
• دی هیبرید (Dihybrid):فردی که با داشتن دو جفت آلل به صورت هتروزیگوت باشد. نوزاد تولید شده از آمیزش دو والد هموزیگوس که نسبت به دو جفت باهم تفاوت داشته باشند.
  
  
• دیپلوئید (Diploid):موجود یا سلولی که دارای دو مجموعه کروموزومی (2n) باشد.
  
  
• همولوگ (Homologs):یک زوج کرموزوم که یکی از مادر و دیگری از پدر به ارث می‌رسد و در طی میوز اول باهم جفت می‌شوند و تبادل متقاطع پیدا می‌کنند و در طی میوز 2 از هم جدا می‌شوند.
  
  
• فنوکپی (Phenocopy):موجودی که فنوتیپ (نه ژنوتیپ) آن بوسیله محیط عوض شده و شبیه فنوتیپ جهش یافته (Mutan) شده است.

تکنولوژی های نوین کشاورزی می تواند موجب ایجاد یک انقلاب سبز دیگر گردد

دانشمندان ایالات متحده آمریکا و سایر کشورهای جهان قصد دارند تا یک "انقلاب سبز" دیگر را خصوصاً در قاره آفریقا ایجاد نمایند و از این طریق به کشورهای فقیر کمک نمایند تا علاوه بر تامین نیازهای غذایی خود نسبت به صادر نمودن محصولات غذایی نیز اقدام نمایند.

محققان طی همکاری و مشارکت بین دولت، دانشگاه ها و بخش خصوصی، در حال تحقیق و فعالیت در زمینه تکنولوژی های نوین کشاورزی می باشند که به کشورهای فقیر کمک خواهد نمود تا بر مشکلات ناشی از کمبود مواد غذایی و سوءتغذیه غلبه نمایند. برخی از این نوآوری ها شامل شیوه های توسعه یافته برداشت محصولات کشاورزی، استفاده از کودهای موثرتر، واکسن های جدید برای دام ها و حیوانات اهلی و شیوه های نوین فرآوری و پردازش مواد غذایی می باشد.

آمیت روی، شیمیدان، در مرکز بین المللی کودهای شیمیایی و توسعه (IFDC)(1) در آلاباما – که بودجه آن توسط ایالات متحده آمریکا تامین می گردد – به همراه دانشمندانی از دیگر کشورهای جهان در حال تحقیق در زمینه توسعه یک نوع کود می باشند که به سادگی توسط خاک جذب شده و به کشاورزان کمک می نماید تا بتوانند نسبت به کاشت انواع غلات و دانه های کشاورزی بهبودیافته در زمین های زراعی که دارای نیتروژن کافی نمی باشند، اقدام نمایند. روی به یو. اِس. اینفو گفت که از آنجایی که این کود جدید اثربخش تر و موثرتر از سایر کودهای سنتی می باشد، کشاورزان مقدار کمتری از این کود را مصرف خواهند نمود که این امر موجب کاهش هزینه های آن ها و پسمانده های ناشی از استفاده از کودهای زراعی خواهد شد.

محققان و پژوهشگران دانشگاه های آمریکا نیز در حال تحقیق و فعالیت در زمینه پروژه های مختلفی مانند محصولات کشاورزی با ویژگی های خاص و یا تکنولوژی های نوین حمل و نقل محصولات کشاورزی می باشند.

بروس همکر و همکارانش از کشورهای مختلف جهان در دانشگاه پردو در ایندیانا قصد دارند تا گونه های جدیدی از ذرت خوشه ای را تولید نمایند که قابل هضم تر باشد تا بدین طریق پروتئین دانه های ذرت، بهتر جذب بدن مصرف کنندگان گردد. ذرت خوشه ای محصول اصلی کشورهای بی آب و خشک منطقه ساحل در قاره آفریقا – شامل کشورهای سنگال، موریتانی، بورکینافاسو، نیجر، نیجریه و چاد – و هم چنین دومین محصول زراعی مهم سایر کشورهای قاره آفریقا می باشد. همکر گفت که ذرت خوشه ای هم چنین غذای جایگزین برای کسانی می باشد که قادر به هضم گلوتن موجود در گندم نمی باشند.

فیلیپ نلسون، یکی دیگر از محققان دانشگاه پردو نیز موفق به توسعه یک تکنولوژی نوین جهت ذخیره نمودن و نگهداری مقادیر زیادی از میوه های اسیدی و سبزیجات و هم چنین حمل و نقل این میوه ها و سبزیجات در مسافت های دور شده است. این تکنولوژی موجب شده است تا مردم در سرتاسر جهان بتوانند به مواد غذایی دسترسی داشته باشند. نلسون در سال 2007 جایزه جهانی مواد غذایی را دریافت نمود.

لوید رونی در دانشگاه A&M تگزاس نیز در حال کمک به کشاورزان و مراکز فرآوری ذرت های خوشه ای دیگر غلات در قاره آفریقا می باشد تا آن ها بتوانند محصولی بدون ناخالصی و فرآوری شده را برای مصرف کنندگان شهری فراهم نمایند. ساکنان شهرها غلاتی را ترجیح می دهند که پخت آن ها ساده باشد و بتوان به منظور حفظ توازن رژیم غذایی، این غلات را به تنهایی و یا همراه با سایر مواد غذایی مصرف نمود.

اداره تحقیقات کشاورزی (ARS)(2) وزارت کشاورزی ایالات متحده آمریکا (USDA)(3) که دارای یکصد دفتر در ایالات متحده آمریکا و سایر کشورهای جهان می باشد نیز از تلاش ها و اقدامات انجام شده در راستای کمک به کشورهای در حال توسعه حمایت و پشتیبانی به عمل می آورد.

دانشمندان در مرکز ARS در داکوتای شمالی نیز تلاش می نمایند تا نوعی از نشاسته کاساوا – غذایی ضروری برای میلیون ها آفریقایی – را تهیه نمایند که دارای مقاومت بیشتری در برابر آفات و بیماری ها باشد. در مراکز دیگر نیز محققان در حال توسعه و پرورش انواع مختلفی از غلات خشک مقاوم در برابر میکرب ها و ویروس ها می باشند و هم چنین در زمینه تشخیص میزان مقاومت گندم در برابر بیماری قارچی stem rust – یک بیماری که در آفریقای شرقی وجود دارد – با موسسه تحقیقات کشاورزی کنیا و مرکز بین المللی توسعه و بهبود ذرت و گندم همکاری می نمایند.

سایر پروژه های ARS عبارتند از توسعه و پرورش انواع مختلفی از گندم ها که قادر به رشد در خاک های حاوی مقادیر زیادی از آلومینیوم جلوگیری کننده از رشد می باشد و هم چنین تهیه نوعی برنج که در برابر قارچ های مخرب مقاوم می باشد. افزایش حجم تولید برنج بدون اضافه نمودن به سطح زیر کشت – زراعت عمقی(4) – موجب بروز بیماری های قارچی قدرتمندتری در مناطقی از قاره آسیا شده است.

علاوه بر این، دانشمندان آمریکایی در زمینه پروژه های کمک به دامداران نیز فعالیت می نمایند. یکی از نتایج تلاش های آن ها، دستیابی به واکسنی امیدبخش برای مقابله با بیماری دهان و پا – یک بیماری ویروسی واگیردار – در گاوها، خوک ها و بزها شده است. این بیماری که در نقاط مختلف جهان وجود دارد، بسیار به ندرت به انسان ها انتقال می یابد، اما موجب بروز خسارت های سنگینی در زمینه تولید گوشت و شیر می گردد.

بسیاری از دانشمندان کشاورزی از کشورهای مختلف جهان که در مراکز تحقیقاتی و دانشگاه های ایالات متحده آمریکا فعالیت می نمایند، طی برنامه ها و دوره هایی که توسط آژانس توسعه بین الملل ایالات متحده (USAID) (5) برگزار شده است، در کشور آمریکا و سایر کشورهای جهان تحت آموزش و تعلیم قرار گرفته اند.

ایالات متحده آمریکا هم چنین عضو گروه مشاوره ای تحقیقات بین المللی کشاورزی (CGIAR)(6) نیز می باشد که دارای 15 مرکز تحقیقاتی در نقاط مختلف دنیا می باشد.

 

                         

● اهمیت امروزی غلات

در بسیاری از کشورهای آسیایی و افریقایی، بیش از ۸۰ درصد غذای مردم از غلات تأمین می‌‌گردد. سهم غلات در غذای مردمان اروپایی ۴۵ تا ۵۵ درصد بوده و در ایالات متحده آمریکا تقریباً ۲۰ تا ۳۰ درصد می‌‌باشد.
امروزه نزدیک به ۷۰ درصد سطح زیر کشت یک میلیارد هکتاری جهان را غلات اشغال نموده اند. تقریباً نیمی از کل نیازهای غذایی انسان به ویژه در آسیا به طور مستقیم از غلات تأمین می‌‌گردد. همچنین تولید غلات در مقایسه با دیگر فراورده‌های غذایی از جمله گوشت، تخم مرغ، شیر و... بسیار بیشتر است. تولید سالانه غلات در جهان، بیش از یک میلیارد و هفتصد میلیون تن می‌‌باشد. گندم، برنج و ذرت سه محصول مهم هستند که هر کدام تقریباً یک چهارم تولید سالانه غلات را تشکیل می‌‌دهند.
برنج، غذای عمده و روزمره مردم نواحی گرم و مرطوب است. این غله معمولاً در زمین‌هایی تولید می‌‌شود که بتوان آنها را در برخی فصول سال غرقاب یا گل- آب نمود. گندم به عنوان غله‌ای سازگار، عمدتاً در زمین‌های چمن طبیعی و همچنین در مناطقی که آب و هوا برای کشت ذرت مناسب نیست، به عمل می‌‌آید. گندم از غلاتی است که در نواحی سرد هم کشت می‌‌شود. این غله در سراسر جهان در فصول مختلفی کشت می‌‌شود، به طوریکه در هر ماه از سال، گندم در یکی از نقاط جهان در حال برداشت می‌‌باشد. ذرت هم به عنوان یک گیاه گرمسیری، در مناطقی که رطوبت و حرارت کافی در فصل زراعت فراهم باشد، رشد می‌‌نماید.

● ارزش غذایی غلات

غلات منبع انرژی برای انسان هستند. در کشورهای در حال توسعه، این دسته مواد تمام رژیم غذایی را در بر می‌‌گیرند. غلات حاوی هیدرات کربن، پروتئین، چربی، مواد معدنی و انواع ویتامین هستند که البته ضمن مراحل مختلف نگهداری و تهیه، ممکن است بخشی از مواد مغذی مذکور از بین برود.
دانه غلات که کاریوپس یا گندمه نام دارد، منبع خوبی برای تغذیه انسان می‌‌باشد. میزان پروتئین برنج از گندم کمتر است. میزان ویتامین‌های ضروری (از جمله تیامین) برنج صیقل داده شده هم از برنج قهوه‌ای کمتر می‌‌باشد، چون سبوس خود دارای ویتامین‌های گوناگونی است که در مرحلهٔ صیقل دهی از برنج جدا می‌‌گردد.
البته به خاطر داشته باشید که با وجود همهٔ موادی که ذکر شد، غلات غذای کاملی بشمار نمی‌آیند. مصرف این مواد به تنهایی نمی‌تواند یک رژیم غذایی متعادل و کامل محسوب گردد. میزان پروتئین و در واقع اسیدهای آمینه غلات و همچنین ویتامین موجود در آنها محدود است. برای این که یک فرد بالغ بتواند ۶۵ تا ۸۰ گرم پروتئین مورد نیاز خود را تنها از طریق غلات تأمین کند، باید مقدار بسیار زیادی از این دسته مواد بخورد که در عوض، به دلیل این که غلات حاوی هیدرات کربن هستند، فرد ممکن است چاق شود. بسیاری از پروتئین‌های گیاهی به همین دلیل که اسیدهای آمینه کافی ندارند نمی‌توانند به تنهایی در رژیم غذایی افراد مورد استفاده قرار گیرند، بلکه در کنار آنها باید از پروتئین‌های حیوانی و سبزیجات و حبوبات هم استفاده نمود. البته پروتئین‌های حیوانی که از انواع حیوانات تأمین می‌‌شوند، خود متکی بر منابع گیاهی و از جمله غلات هستند. چون اغلب از انواع گیاهان و غلات، به عنوان خوراک دام استفاده می‌‌شود.
امروزه مهندسین ژنتیک سعی می‌کنند تا با اصلاح نباتات، غلاتی با پروتئین‌هایی که اسیدهای آمینهٔ ضروری بیشتری داشته باشند، تولید نمایند. مقدار دو اسید آمینه ضروری به نام‌های لیسین و ایزولوسین در غلات کم است و تمام متخصصین اصلاح نباتات تلاش می‌کنند غلاتی که میزان بیشتری از این دو نوع اسید آمینه داشته باشند را تولید نمایند.
غلات بیشترین شکل انرژی خود را به صورت نشاسته عرضه می‌‌کنند. استفاده از دانه کامل غلات، منبع خوبی برای فیبر گیاهی و اسیدهای چرب ضروری می‌‌باشد. از برنج به صورت پخته یا آرد برنج استفاده می‌‌شود. معمولاً غلات را برای استفاده تبدیل به آرد می‌‌کنند. گندم یکی از این غلات است که بیشتر آرد آن به کار می‌‌رود. از انواع غلات آرد شده در تهیهٔ نان، پاستا، دسر، پیراشکی، کلوچه و... استفاده می‌‌کنند. البته آرد را گاهی از سیب زمینی، شاه بلوط، حبوبات و... هم تهیه می‌‌کنند.

● آب و هوای مناسب برای رشد غلات

عوامل مختلف آب و هوایی قادرند طرز رشد، میزان عملکرد و همچنین کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین تولید اقتصادی هر نوع غله در هر ناحیه، کاملاً تابع شرایط آب و هوایی می‌‌باشد. گندم، جو و چاودار که به دلیل کوچک بودن بوته شان، غلات کوچک نام می‌‌گیرند، به بارندگی سالیانه ۳۰۰ تا ۱۳۰۰ میلیمتر نیاز دارند و به صورت دیم هم کشت می‌‌شوند.
برنج به حرارت و بارندگی کافی (یا آبیاری کافی) نیاز دارد. معمولاً برنج در نواحی که سالانه نزدیک به ۱۰۰۰ میلیمتر یا بیشتر بارندگی دارند کشت می‌‌شود. ذرت هم با این که یک گیاه گرمسیری است در آب و هوا و ارتفاعات مختلف از نواحی پست تا ارتفاع ۳۰۰۰ متری از سطح دریا کشت می‌‌گردد.
جو از همهٔ غلات مقاوم تر است و می‌‌توان آن را حتی در کشور سیبری هم کاشت. گندم از همهٔ غلات رایج تر است. معمولاً گیاهان سردسیری را در نواحی گرمسیری، البته در نواحی بلند و خنک کوهستانی می‌‌کارند که در این صورت، کشاورزان می‌‌توانند به دلیل شرایط مساعد و خنکی کوهستان‌های نواحی گرمسیر، هر ساله چند بار غلات بکارند.
غلات گرمسیری را در نواحی پست گرمسیری که آب و هوای معتدلی دارند می‌‌کارند و همچنین می‌‌توان این غلات را در نواحی معتدل، البته در فصل‌هایی که سرما و یخبندان نباشد کشت نمود. معمولاً این دسته انواع بهاره و زمستانی دارند.

● ساختمان دانه غلات

دانه غلات، میوه خشکی است که اصطلاحاً به آن گندمه و به زبان عامیانه دانه یا غله می‌‌گویند. این دانه دارای چندین لایه خارجی بوده که خارجی‌ترین لایه را پریکارپ می‌‌نامند و همچنین دو قسمت به نام‌های آندوسپرم و گیاهک دارد. غشای تخمدان، پوست دانه و لایه آلورون که در مجموع سبوس را تشکیل می‌‌دهند، در مرحلهٔ تهیه آرد از غلات جدا می‌‌شوند. حتی گاهی گیاهک را هم از دانه جدا نموده و با سبوس مخلوط می‌‌نمایند. سبوسی که گیاهک داشته باشد، پروتئین بیشتری نسبت به آندوسپرم نشاسته‌ای دارد. چون پروتئین گیاهک از هر قسمت دیگری در دانه بیشتر است. آردی که در تهیهٔ آن از تمام قسمت‌های دانه غلات استفاده نموده باشند نسبت به آرد سفید، که برای تهیه آن سبوس و گیاهک را جدا نموده‌اند دارای مواد مغذی بیشتری می‌‌باشد.

● مراحل رشد غلات

دوره رشد غلات شامل مراحل جوانه زنی، پنجه زنی، تشکیل روزت، ساقه رفتن، تشکیل گل و تشکیل میوه است که هر کدام از این مراحل را به اختصار در اینجا توضیح می‌‌دهیم:
▪ جوانه زنی: این مرحله با نفوذ ریشه در پوست دانه و غشای تخمدان آغاز می‌‌شود. ریشهٔ اولیه چندان پر پشت نیست، اما ریشه‌های ثانویه که شامل ریشه‌های نا بجا هم می‌‌شود، در مراحل اولیه رشد به وجود خواهند آمد که این ریشه‌های ثانویه قوی تر بوده و قدرت کافی برای نگه داشتن گیاه در خاک را دارند.
▪ پنجه زنی: پس از آن که اولین برگ‌های گیاه سطح خاک را شکافت و ساقه اصلی شروع به رشد نمود، مرحله پنجه زنی آغاز می‌‌گردد؛ یعنی جوانه‌های موجود در محل اتصال برگ‌های پایینی به ساقه، فعال شده و شروع به رشد می‌‌کنند. تشکیل روزت: برگ‌های گیاه در فاصلهٔ دو مرحله پنجه زنی و ساقه رفتن رشد نموده و بلند می‌‌شوند و مجموعه‌ای برگ را در ابتدای ساقه ایجاد می‌‌کنند. این مرحله را تشکیل روزت می‌‌نامند. ساقه رفتن: در این مرحله ساقه طویل می‌‌شود. در اوایل این مرحله، گل آذین هم تشکیل می‌‌شود. تشکیل گل آذین: در این مرحله گل آذین بوته از داخل غلاف خارج می‌‌شود. گل کردن غلات معمولاً زمانی که گل آذین داخل غلاف است یا بلافاصله پس از تشکیل گل آذین صورت می‌‌گیرد. گل‌های گیاهان خانواده گرامینه، به صورت گروهی به وجود می‌‌آیند. منظور از گل آذین، آرایش گل یا طرز قرار گرفتن گل روی ساقه است. مجموع چند گلچه که روی محور گل آذین است را سنبلچه می‌‌گویند. میوه: زمانی که میوه می‌‌رسد، غشای تخمدان نازک شده و به پوست دانه می‌‌چسبد. این گونه میوه‌ها را گندمه گویند، مثل دانه گندم، ذرت و چاودار. دانه بعضی غلات حتی پس از برداشت هم داخل غلاف باقی می‌‌ماند، مثل برنج و جو.

● برداشت محصول

برداشت غلات باید به موقع صورت گیرد. برداشت زودتر یا دیرتر از موقع محصول، موجب کاسته شدن کیفیت آن می‌‌شود. تأخیر در برداشت غلات دانه ریز، سبب ریزش دانه، خوابیدگی یا شکستن بوته‌ها در کشتزار و بالاخره کاهش میزان ماده خشک می‌‌گردد. برداشت زود هنگام محصول هم موجب پایین آمدن کیفیت غلات می‌‌گردد.
وزن دانه‌ها تا زمان رسیدن دانه افزایش می‌‌یابد، ولی پس از آن رو به کاهش می‌‌گذارد. همچنین دانه‌های نارسی که زود هنگام برداشت می‌‌شوند، چه در کشتزار و چه در انبار بیشتر در معرض آسیب‌های ناشی از گرما و آفات از جمله کپک زدگی قرار می‌‌گیرند. زمان مناسب برای برداشت دانه، هنگامی است که آندوسپرم دانه‌های غلات سفت شده و میزان رطوبت آن هم به ۱۸ درصد رسشیده باشد. در کشورهای توسعه یافته برای دروی محصول تنها از وسایل مکانیکی همچون کمباین استفاده می‌‌شود. اما در کشورهای در حال توسعه از روش‌های گوناگونی همچون استفاده از داس برای برداشت محصول استفاده می‌‌نمایند....

کشور پهناور ایران در منطقه خشک و نیمه خشک قرار گرفته و با توجه به شرایط توپوگرافی، دارای اقلیمی متنوع می باشد. از این رو زراعت درمناطق دیم هر از گاهی دچار مشکلات خشکی و سرما
می شود.

وجود شرایط خاص آب و هوایی و تعدد اقلیم،‌زراعت در مناطق دیم را با مشکلات زیادی مواجه ساخت است. به طوری که تنش های خشکی، سرما، توزیع نامناسب بارندگی در دیمزارها و سایر عواملی که ذیلاً اشاره خواهد شد، از موارد کاهش تولید محصول گندم دیم در این مناطق به شمار می آیند.

در اصلاح و تولید ارقام جدید گندم به منظور معرفی و کاشت در شرایط محیطی و اقلیمی ویژه، مسئله مهم برای هر متخصص اصلاح نبات انتخاب رقمی است که دو خاصیت ظرفیت بالا و ثبات تولید را دارا باشد.

در مواقع خشکسالی با تغییر شرایط محیطی، وضعیت تولید به شدت تحت تاثیر عوامل حوی قرار گرفته و موجب کاهش محصول می شود.

درسال زراعی 78 ـ 77 با بارش باران در اول فصل زراعی و سپس قطع بارندگی و بالا رفتن دما،‌ خشکسالی شدید در بسیاری از دیمزارهای مناطق مختلف غرب و شمال غرب کشور باعث گردید تا در بسیاری از موارد مزارع گندم با خسارت شدید مواجه شده و قابل برداشت نباشد.

نتایج طرح های تحقیقاتی اجرا شده در ایستگاه تحقیقات دیم مراغه در سال جاری حاکی از آن است که با رعایت پاره ای از مسایل، می توان در شرایط استثنایی نیز از کاهش تولید گندم در سطح وسیع جلوگیری نمود.

یکی از عوامل موثر، مصرف بهینه کودهای شیمیایی می باشد. در یک طرح تحقیقاتی تعداد 23 رقم و لاین پیشرفته گندم دیم به صورت جداگانه موردبررسی قرارگرفتند. در یکی از بررسی ها، کلیه کود مصرفی فسفره و در سوم کود ازته به نسبت 25 کیلوگرم P₂O₅ و 60 کیلوگرم ازت خالص در هکتار در پاییز و قبل از کشت به خاک افزوده شد و در بهار کود ازته به علت کاهش بارندگی مصرف نگرید. در بررسی دیگر با همان شرایط یک سوم کود ازته (30 کیلوگرم در هکتار) به صورت سرک مصرف گردید. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل عملکرد دانه نشان داد که در برخی از ارقام تا 888 کیلوگرم در هکتار بین عملکرد دانه در دو شرایط فوق تفاوت وجود دارد و این تفاوت در ارقام حساس به تنش خشکی بسیار معنی دار است . تفاوت عملکرد ارقام سرداری و سبلان به ترتیب 218 و 319 کیلوگرم در هکتار در دو شرایط مورد بررسی بود. این مطالب نشان می دهد که مصرف کود سرک در بهار و به دنبال آن قطع بارندگی،‌باعث افزایش خسارت خشکی می شود. نتایج حاصل همچنین نشان می دهد در مناطقی که گندم دیم با تراکم مناسب کشت گردیده، میزان کاهش عملکرد نسبت به مناطقی که تراکم بذر بیشتر بوده کمتر بوده است. به گونه ای که در مناطقی که تراکم مناسب رعایت ندشه اثر خشکسالی بسیار شدید بوده و در اغلب موارد زراعت از بین رفته و غیرقابل برداشت بوده است. یک عامل مهم دیگر در کاهش تولید گندم دیم، عدم تهیه به موقع بستر بذر می باشد. معمولاً در مناطقی که به علت چرای دام د رمزارع آیش، و یا عوامل دیگر، زمان شخم به تاخیر می افتد، رطوبت خاک به تحلیل رفته و کاهش عملکرد را باعث
می شود، از عوامل ژنتیکی موثر در مقاومت به خشکی می توان به خصوصیات خشکی پسندی ارقام، مثل زودرسی، مومی بودن سطح برگ ها و ساقه داشتن برگ های نازک و باریک و توسعه عمیق تر ریشه ها اشاره نمود. نتایج بررسی نشان می دهد که رقم گندم (Fenkang 15/Sefid)‌ که از ارقام پیشرفته گندم دیم و یکی از دو رگه های رقم سرداری می باشد. در سال زراعی 78 ـ 77 در ایستگاه تحقیقات دیم مراغه در سطح 11200 متر مربع با 196 میلی متر بارندگی که حدود 6/8 میلی متر آن در طی ماه های اردیبهشت و خرداد و با توزیع نامناسب بوده است، 1460 کیلوگرم در هکتار محصول تولید نموده به گونه ای که هیچ گونه آثار خسارت ناشی از خشکی د راین مزرعه مشاهده نشده و موجبات تحسین بسیاری از بازدیدکنندگان را فراهم ساخته بود. این رقم، نسبتاً متوسط رس و دارای اندام های موی و برگ های نازک و باریک بوده و ارتفاع بوته آن 65 سانتی متر و وزن هزار دانه آن 35 گرم می باشد.

بررسی خاک نیز نشان داد که هیچ تفاوتی از نظر خصوصیات فیزیکی در دو منطقه مورد بررسی وجود نداشته و اختلاف عملکرد ناشی از مصرف کود ازته به صورت سرک بوده است. به گونه ای که در قطعه ای که کود سرک مصرف نشده بود رشد در مراحل اولیه مناسب نبوده ولی با تشدید خشکسالی روزبه روز ارقام وضعیت بهتری را نسبت به قطعه دوم که کود سرک مصرف شده بود نشان دادند. قابل ذکر است که در قطعه دوم که کود سرک مصرف شده بود،‌ارقام در اوایل فصل رشد از رشد عالی برخوردار بودند و با قطع بارندگی به شدت تحت تاثیر تنش خشکی واقع شدند و با کاهش ارتفاع بوته ، عملکرد، وزن هزار دانه و شاخص برداشت مواجه شدند. نتایج حاصل همچنین نشان داد که در مزرعه ای که کود سرک مصرف نگردیده، ارتفاع بوته، وزن هزار دانه، عملکرد به طور معنی داری بیشتری از مزرعه دیگر بوده است.

تجزیه و تحلیل آمار هواشناسی 13 سال گذشته ایستگاه تحقیقات دیم مراغه نشان می دهد که بین شاخص (CV%) یا ضریب تغییرات بارندگی و عملکرد گندم دیم رابطه قوی و معنی داری وجود دارد. به گونه ای که در سال هایی که این شاخص کم بوده عملکرد دیمزارها مناسب، و در سال هایی که بالا بوده، عملکرد پایین بوده است. بیشترین میزان ضریب تغییرات بارندگی مربوط به سال زراعی (78 ـ 1377) با
 (9/26 = cv%) می باشد که شدیدترین خشکسالی و کمترین میزان تولید محصول گندم دیم را در بر داشته است. لذا با جمع آوری آمار هواشناسی بلند بمدت مناطق دیم می توان مناطقی را که ضریب تغییرات بارندگی در آنها بسیار بالا می باشد را شناسایی و از زیرکشت دیم خارج و به مراتع تبدیل نمود و یا با رعایت دقیق مسایل زراعتی و آگروتکنیکی مناسب مانند مصرف بهینه کودهای ازته و فسفره، تراکم مناسب بذر، فاصله خطوط مطلوب، اقدام به کشت ارقام زوردرس گندم و جو نمود.

 مقدمه

تولید مواد غذایی به ویژه گندم رابطه بسیار نزدیکی با قدرت سپاسی و اقتصادی کشورهای جهان دارد. با وجود این افزایش سریع و روزافزون جمعیت و عدم بهره گیری از روش های بهینه تولید در کشورهای در حال توسعه، وابستگی این کشورها را بیشتر نموده است. به طوری که امروزه گندم یکی از اقلام وارداتی بسیاری از کشورهای در حال توسعه از جمله ایران می باشد. در ایران نیز مانند بسیاری از کشورهای جهان، نان گندم مهم ترین ماده غذایی روزانه مردم را تشکیل می دهد و نقش عمده ای در تامین انرژی و پروتیین موردنیاز انسان دارد. برمبنای آمار مختلف، متوسط سهم مصرف نان از کل انرژی مورد احتیاج حدود 40 درصد می باشد.

مقدار سطح زیر کشت گندم دیم در ایران، بین 4 تا 5/4 میلیون هکتار در طی سال های 67 تا 76 نوسان داشته است. در سال زراعی 76 ـ 75 مقدار تولید گندم دیم کشور برابر 9/2 میلیون تن بوده که نسبت به سال زراعی 75 ـ 74 کاهشی برابر 5/7 درصد را نشان می دهد و در مقایسه با سال زراعی 74 ـ 1373 حدود 30 درصد کاهش داشته است. این مقدار کاهش عمدتاً به دلیل کاهش شدید بارندگی در سال های اخیر به ویژه سال زراعی 76 ـ 75 بوده است. نتایج حاصل از بررسی ها نشان داده که میزان تولید گندم دیم رابطه مستقیم و معنی دار با مقدار بارندگی و توزیع آن دارد. با توجه به اهمیت بارندگی در کشاورزی و وابستگی میزان تولید محصولات کشاورزی به نزولات جوی به ویژه محصولات دیم، ارایه اطلاعات صحیح در زمینه بارندگی و دما در طی چند سال گذشته مفید به نظر می رسد. زیرا با اطلاع از چگونگی تولید گندم، بدون مقایسه نزولات جوی به عنوان یکی از عناصر مهم در تولید محصولات دیم نمی توان علل کاهش یا افزایش محصولات را توجیه نمود. طبق برآوردهای انجام شده در سال زراعی 78 ـ 77 به علت وقوع خشکسالی و کاهش بارندگی حدود 5/2 میلیون تن از تولیدات گندم دیم کاهش یافته که این میزان کاهش، بیشتر شامل استان های غرب و شمال غرب کشور می شود. مقدار کاهش تولید در دیمزارها حدود 2000 میلیارد ریال ضرر مالی را به کشور وارد می سازد. تجزیه و تحلیل های حاصله و همچنین نتایج حاصل از بازدید مزارع زارعین دیمکار کشور در مناطق مختلف نشان می دهد که پاره ای از عوامل مثل تراکم بذر، مصرف کودهای ازته به صورت سرک، عدم تهیه بستر مناسب بذر.... باعث تشدید تاثیر عوامل خشکی و موجبات کاهش شدید محصول گندم را فراهم نموده اند.

این مقاله سعی بر آن دارد تا با اشاره به عوامل پنهانی کاهش تولید گندم در دیمزارها و به کارگیری
توصیه های علمی، تضمینی گندم دیم را حتی در مواجهه با دگرگونی شدید جوی میسر سازد. k nhvn  آن دارد ٌاتبتبتتتبننننبنمکشمنیمکشبن

 بارندگی و دما

کشاورزی از مهم ترین فعالیت های اقتصادی کره زمین به شمار می رود و بیش از هر چیز به شرایط جوی وابسته است. با توجه به تقاضای رو به رشد جمعیت، مسئله تامین غذا و نیاز به افزایش تولید،
بیش از پیش از هر چیز به شرایط جوی وابسته است. با توجه به تقاضای روبه رشد جمعیت، مسئله تامین غذا و نیاز به افزایش تولید، بیش از پیش ضرورت پیدا نموده است. مطابق جدول (1) کمترین میزان بارندگی از سال 1363 تا 1378 مربوط به سال زراعی (78 ـ 77) با (196) میلی متر بارندگی می باشد.

در پاییز سال 1377 اولین بارندگی مؤثر در 20 آبان به میزان 13 میلی متر در پاییز سال 1377 اولین بارندگی مؤثر در 20 آبان به میزان 13 میلی متر گزارش شده و به علت مساعد بودن شرایط محیط برای جوانه زنی و سبز شدن، کلیه آزمایش ها و مزارع کاشته شده در دیمزارهای منطقه، سبز شدند و به صورت 2 تا 3 برگی در آمده و در ابتدا مرحله پنجه زنی با بارش برف در زیر پوشش برف قرار گرفتند.

آمار هواشناسی ایستگاه تحقیقات دیم مراغه نشان می دهد که میانگین حداقل دما در این ایستگاه (6/15ـ) درجه سانتی گراد بوده و در طی ماه های دی و بهمن اتفاق می افتد. ولی تغییرات درجه حرارت در پاییز و زمستان 77 نشان می دهد که در آذر ماه حداقل دما (1ـ) درجه سانتی گراد بوده و زمینه مساعدی برای رشد و نمو وجود داشته است. در طی ماه های دی، بهمن و اسفند حداقل درجه حرارت هوا در سال
(77)، (5/13ـ) درجه سانتی گراد بود. به طور که میانگین دما در این سه ماه به ترتی (6/1، 7/1ـ ، 1/1) درجه سانتی گراد بوده که نسبت به سال های گذشته نستباً گرم بوده است (جدول 2).

این تغییرات دهنده گرم بودن زمستان (77) نسبت به سال های گذشته است. داده های حاصل از آمار هواشناسی نشان می دهد که میزان نزولات جوی در طی پاییز و زمستان (77) نسبت به سال های گذشته بسیار کم بوده به طوری که میزان کل نزولات جوی در طی پاییز و زمستان سال (77) نسبت به پاییز و زمستان سال های (76 و 75) به ترتیب (44 و 29) درصد کاهش داشته است . این امر نشان دهنده کمبود ذخیره رطوبت در خاک برای بهار و تابستان (78) می باشد. میزان بارش باران و برف در طی فصل زراعی (78 ـ 77) در جدول (1) آمده است. در  طی ماه های اردیبهشت و خرداد و تیر ماه که فصل رشد در منطقه محسوب می شود، به ترتیب (7/7، 8/0 و 0) میلی متر بارندگی شده که از توززیع نامناسبی برخوردار بوده است.

هم زمان با کاهش شدید بارندگی، تغییرات درجه حرارت نیز زیاد بوده است. کاهش ناگهانی دما به (5/3ـ) درجه سانتی گراد در مورخه (30/2/78) در آستانه خوشه دهی ارقام گندم باعث گردید که مزارع گندم دیم دچار سرمازدگی شوند و انتهای خوشه های گندم به علت عقیمی، سبب کاهش تعداد دانه در سنبله و نهایتاً‌ منجر به کاهش عملکرد گردید. بررسی تغییرات دما در طی چند سال گذشته نشان می دهد که اولاً در طول 13 سال گذشته تغییر ناگهانی به علت سختی زمستان،

خوشه دهی ارقام گندم معمولاً از نیمه خرداد ماه به بعد اتفاق می افتد ولی مساعد بودن دما در اواخر زمستان (77) و اوایل بهار (78) باعث گردید که خوشه دهی ارقام گندم نسبت به سال های قبل حدود 15 روز جلوتر انجام شود. وقوع دمای پایین نه تنها محصول گندم بلکه سایر محصولات سردرختی را نیز در بسیاری از مناطق دچار سرمازدگی نمود. نتایج حاصل از یادداشت برداری ها در آزمایش های بهنژادی نشان داد که میزان خسارت ناشی از سرمای دیررس در بین ارقام زودرس بسیار بیشتر از ارقام دیررس زودرس ارقامی که دارای اندام با پوششی موی بودند از این پدیده خسارت ندیدند. ارقام متحمل به این پدیده و خشکی نیز انتخاب شدند.در جریان خرداد ماه (78)دما به تدریج بالا رفته و همزمان به علت نبود بارندگی، رطوبت خاک تحلیل یافت. متوسط درجه حرارت در طی ماه های فروردین، اردیبهشت، خرداد و تیر (78) نسبت به ماه های مشابه در پنج سال گذشته بالا بوده است جدول (2). بنابراین به علت کمی ذخیره رطوبت در خاک (کاهش نزولات زمستانه عمدتاً برف) و متعاقباً کاهش بارندگی بهاره و افزایش دما، مزارع گندم دچار تنش خشکی شدند.

 ضریب تغییرات پراکنش بارندگی (CV)

داده های حاصل از بررسی میزان و توزیع بارندگی با مقدار تولید گندم در دیمزارها نشان می دهد که بهترین پارامتر برای بررسی رابطه بارندگی با تولید گندم رابطه بین (CV) بارندگی و عملکرد گندم می باشد. در سال هایی که (CV) بارندگی پایین بوده به علت مقدار و توزیع مناسب بارندگی عملکرد قابل قبول بدست آمده ولی در سال هایی که تغییرات و پراکنش بارندگی بالا بوده، معمولاً عملکرد دچار نوسان بیشتر شده است، جدول (1).

رابطه بین (CV) بارندکی و میانگین عملکرد ارقام شاهد گندم در سطح آزمایش های مقایسه عملکرد در طول چند سال گذشته (49/0 = r) بوده و معنی دار می باشد. بیشترین میزان تغییرات پراکنش بارندگی در طی (13) سال گذشته مربوط به سال زراعی (78 ـ 77) با (9/26) درصد
می باشد (جدول 1). نتایج حاصل از داده ها و عملکرد گندم در دیمزارها نشان می دهد که در سال زراعی (78 ـ 77) عملکرد گندم دیم تحت تاثیر پدیده خشکسالی قرار گرفته و در بسیاری از مناطق، مزارع غیرقابل برداشت بوده و در نقاطی که محصول برداشت شده مقدار تولید در واحد سطح پایین بوده است.

در رابطه با کاربرد ضریب تغییرات پراکنش بارندگی تحقیقات زیادی در کشورهای خارج از جمله استرالیا انجام شده است. علی بخش دهقانی با انجام یک بررسی مشابه در مناطق جنوب و
جنوب غربی رابطه قوی و معنی داری بین (CV) بارندگی و عملکرد گندم پیدا نمود. بنابراین برای تعیین کاربرد دقیق تر آن نیاز به آمار درازمدت هواشناسی و زراعی می باشد.

 رطوبت نسبی هوا

علاوه بر میزان و توزیع بارندگی و دما، میزان رطوبت نسبی محیط نیز در تولید گندم دیم نقش مهمی دارد. به طوری که در ارتفاعات که دما نسبتاً پایین و میزان رطوبت نسبی از سایر مناطق بیشتر است پدیده خشکسالی کمتر آسیب رسانده است. برای مثال نتایح حاصل از مشاهدات و بازدیدها نشان می دهد که هر چه از طرف ایستگاه تحقیقات دیم مراغه به طرف دامنه های سهند حرکت کنیم به علت کاهش نسبی دما و افزایش رطوبت نسبی، مزارع زارعین از وضعیت بهتری برخوردار می باشند همچنین در ارتفاعات استان کردستان در مناطق زرینه او با تو نیز میزان خسارت ناشی از خشکی کمتر از سایر مناطق بود. داده های هواشناسی ایستگاه تحقیقات دیم نشان می دهد. که میزان رطوبت نسبی هوا در جریان ماه های اردیبهشت، خرداد و تیر ماه به ترتیب نسبت به میانگین رطوبت نسبی هوا در 5 سال گذشته (19، 31 و 23) درصد کمتر بوده است و این کاهش رطوبت نسبی در اثر کمبود بارندگی و افزایش دما نسبت به سال های قبل بوده است. بنابراین میزان رطوبت نسبی هوا نقش مهمی در پر شدن دانه ها در انتهای فصل رشد در دیمزارها دارد (جدول 3) علاوه بر تغییرات بارندگی سایر فاکتورها نیز در کاهش عملکرد نقش داشتند که ذیلاً مورد بررسی قرار می گیرند.

 

مصرف کودهای ازته

تامین ازت موردنیاز گیاه و مصرف مقدار متناسب آن اولین و مهم ترین عامل در جهت افزایش تولید محصولات با کیفیت مطلوب می باشد. البته در این زمینه اصول حفظ محیط زیست نباید نادیده گرفته شود. اشتباه در مصرف کود،اثرات بسیار نامطلوب به دنبال دارد. تقریباً گیاه همیشه به کود ازته نیاز دارد. ازت باعث شادابی، سبز ماندن، رشد سریع، ازدیاد شاخ و برگ و افزایش کمی و بهبود کیفی محصول
می شود. رشد سریع، ازدیاد شاخ و برگ و افزایش کمی و بهبود کیفی محصول می شود. بیشترین قابلیت استفاده از کود مصرفی، زمانی است که گیاه به کود احتیاج داشته و کود در موقعیتی مناسب نسبت به نیاز گیاه قرار گیرد. زمان بکار بردن کود با خصوصیات کود معدنی ارتباط دارد.

ویژگی هایی از قبیل قدرت تحرک پذیری  و اینکه کود روی خاک باشد یا در درون خاک و علاوه بر آن ویژگی های خاک و آب و هوای منطقه نیز مؤثرند. درباره زمان مناسب مصرف کود ازته در دیم و استفاده بهینه از آن طرح های تحقیقاتی زیادی به انحام رسیده است. فیضی اصل با انجام آزمایش های زماندار در این زمینه نتیجه گرفت که مصرف 60 کیلوگرم ازت خالص در هکتار از منبع اوره در پاییز همزمان باکاشت گندم دیم بیشترین و بهترین نتیجه را خواهد داشت.

ملکوتی و همکاران با انجام یک بررسی نتیجه گرفتند که در شرایط دیم در صورت کمبود ازت قابل استفاده در خاک، پخش کود ازته برای افزایش بهره وری از آب، الزامی است. بازیافت استفاده از آب برای تولید غلات در خاک های کود داده شده بیشتر از خاک های بدون تیمار کودی بوده است. امادر صورت وجود تنش های شدید رطوبتی، افزایش کود ازته، از طریق کاهش تعداد سنبله، عملکرد را کاهش می دهد. سجادی با انجام یک بررسی اظهار نمود که اگر چه مصرف ازت در چند مرحله توصیه شده است ولی باید توجه داشت که این عمل در مناطقی که پراکنش باران مناسب می باشد، امکان پذیر خواهد بود و در مناطق خشک, مصرف ازت بلافاصله قبل از مرحله گلدهی موفقیت آمیز نخواهد بود.

نتایج آزمایش های انجام شده در موسسه تحقیقات دیم مراغه بر روی ارقام پیشرفته گندم و همچنین نتایج حاصل از مشاهدات از مزارع زارعین در سال زارعی (78 ـ 77) نیز نشان داد که مصرف کود سرک در دیمزارها در سال های خشکسالی باعث تشدید اثرات نامطلوب تنش خشکی شده، زیرا مصرف کودهای ازته به صورت سرک نیاز آبی گیاه را بالابرده و با توجه به کمی رطوبت خاک، گیاه به شدت تحت تاثیر تنش خشکی قرار می گیرد. همچنین متعاقباً اجزاء عملکرد مانند تعداد دانه در سنبله؛ وزن هزار دانه و تعداد سنبله در واحد سطح کاهش می یابد. براساس نتایح حاصل حداکثر اختلاف عملکرد بین ارقام در دو بررسی جداگانه (888) کیلوگرم در هکتار مربوط به رقم (Pvn S /Chi/ Sabalna)بوده است جدول(4)

ارقام شاهد سرداری و سبلان هر کدام به ترتیب (218 و 319) کیلوگرم در هکتار در آزمایشی که کود سرک مصرف نشده بود نسبت به مصرف ان افزایش تولید داشتند. رقم (آذر 2) در شرایط مصرف کود سرک (1067 کیلوگرم در هکتار) و در شرایط بدون مصرف کود سرک (1660) کیلوگرم در هکتار عملکرد داشته است (شکل 1).

 

 

شکل شماره 1 ـ گندم در شرایط خشکی سال 78 ـ 1377 بدون استفاده از کودسرک (مزرعه تکثیر)

 نتایج حاصل از این بررسی همچنین نشان می دهد که با مصرف کود سرک نه تنها ارتفاع گیاه در اثر تنش خشکی به طور معنی داری کمتر شده بلکه سایر اجزاء عملکرد مانند وزن هزار دانه و نهایتاً عملکرد نیز
به طور معنی دار کاهش می یابد.

میانگین ارتفاع بوته ارقام سرداری، سبلان و آذر 2 به ترتیب در شرایط کود سرک (53، 50 و 55) و در شرایط بدون مصرف آن به ترتیب (61، 61 و 66) سانتی متر می باشد که این اختلاف ها از نظر آماری معنی دار است.

نتایج حاصل از بررسی نشان داد که ارقام

(Ty 368. 251/Buc//Cvpe, Ns 732/ Her// Sh#4414/Crow S) در شرایط مصرف کود سرک به ترتیب (587 و 577) کیلوگرم در هکتار کمترین میزان عملکرد را داشتند در حالی که همین ارقام در آزمایش بدون مصرف کود سرک به ترتیب (1338 و 1038) کیلوگرم محصول تولید نمودند (حدول 4).

لازم به توضیح است که در هر دو آزمایش میزان بذر مصرفی براساس (350 دانه در متر مربع) و با توجه به وزن هزار دانه تنظیم شده بود و ضمناً میزان کود مصرفی در کلیه آزمایش ها شامل 25 کیلو P₂O₅ و 60 کیلو ازت خالص در هکتار بوده که در هر دو بررسی کلیه کود فسفره و دو سوم کود ازته در پاییز قبل از کشت به خاک افزوده شده است. فقط در یکی از بررسی ها یک سوم کود ازته (30 کیلوگرم در هکتار) در بهار به صورت سرک مصرف شده و در بررسی دیگر سرک مصرف نشد. بنابراین با توجه به نتایج حاصله از آزمایش های کودی مبنی بر مصرف کود ازته در هنگام کاشت می توان اظهار نمود: برای اینکه بتوانیم هم از کود مصرفی به طور صحیح استفاده کنیم و هم از وجود بارندگی های بهار در صورت امکان نهایت بهره را ببریم. باید تمام کود ازته توصیه شده را در پاییز هنگام کاشت، مصرف نمود. این امر منجر به افزایش تولید گندم در دیمزارها خواهد شد.

نتایج حاصل از مشاهده های انجام یافته از مزارع زارعین نیز نشان می دهد که در سال زارعی (78 ـ 77) زارعینی که کلیه کود ازته را در دیم به صورت سرک در بهار مصرف کرده بودند، مزارع آنها خسارت کلی دیده بود (شکل 2).

 

شکل 2ـ مزرعه گندم سرداری درشرایط زارعین درشرایط خشکسالی 78ـ77

 ولی آنهایی که کمتر از کود سرک استفاده کرده بودند، از وضعیت نستباً مناسبی برخوردار بود. انجام یک بررسی در موسسه تحقیقات دیم در مراغه در سال زراعی (78 – 77) که مصادف با خشکسالی بود نیز نشان داد که با کاربرد مقادیر مختلف ازت خالص (0 تا 150 کیلوگرم در هکتار) میزان محصول به طور معنی دار کاهش می یابد.

 میزان بذر

باتوجه به این که زراعت دیم بیشتر تحت تاثیر تنش های محیطی قرار می گیرد لذا عدم استفاده از تراکم مناسب بوته در واحد سطح، باعث پایین آمدن عملکرد گندم در شرایط دیم می شود. وجود تراکم بیش از حد مطلوب بذر در روی خطوط کشت باعث خواهد شد که گیاه قادر به استفاده بهینه از شرایط موجود نباشد و به علت ایجاد رقابت درون بوته ای عملکرد افت پیدا می کند. سالک زمانی، با انجام یک بررسی بر روی تراکم بذر و فاصله خطوط رقم سبلان بیان نمود که میزان (300 دانه در متر مربع با فاصله خطوط 15 سانتی متر) بیشترین میزان عملکرد را تولید می نماید. روستایی و پورمند به ترتیب با انحام بررسی های جداگانه بر روی تاثیر میزان بذر و فاصله خطوط بر روی ارقام پیشرفته گندم و جو به ترتیب بیان داشتند که با (تراکم 400 بوته بر روی ارقام پیشرفته گندم و جو دمی به ترتیب بیان داشتند  که با (تراکم 400 بوته با فاصله خطوط 15 سانتی متر). عملکرد بیشتری در گندم و جو عاید می شود.

باعنایت به اینکه تعداد سنبله در واحد سطح یکی از مهم ترین اجزاء عملکرد محسوب می شود و نقش مهمی در افزایش عملکرد در واحد سطح در دیمزارها ایفاء می نماید. با رعایت تراکم مناسب بذر و فاصله خطوط مطلوب ، توزیع بذور در روی خطوط و در واحد سطح به طور مناسب انجام شده و از رقابت درون بوته ای جلوگیری نموده و از طرفی در مصرف موادغذایی و به ویژه رطوبت موجود در خاک به خصوص در انتهای فصل رشد، توصیه می شود که میزان بذر جهت کاشت با توجه به نتایج آزمایش های انجام یافته و براساس وزن هزار دانه ارقام تعیین شود.

نتایج حاصل از مشاهده ها و بازدید از مزارع کشاورزان در استان های مناطق غرب و شمال غرب کشور در سال زراعی (78 ـ 77) نیز نشان داد در مزارعی که میزان بذر بیشتر مصرف شده بود در اثر تنش خشکی به شدت آسیب دیده و غیرقابل برداشت بودند ولی مزارعی که دارای تراکم مناسب بودند نسبت به سایر مزارع از وضعیت مطلوبی برخوردار بودند، لذا به وضوح روشن می شود که در دیمزارها میزان تراکم بذر، یک فاکتور مهم بوده و تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله ژنوتیپ گیاه، زمان کاشت، بافت خاک، میزان رطوبت موجود در خاک و میزان بارندگی قرار می گیرد. با توجه به نتایج حاصل می توان چنین جمع بندی نمود که در دیمزارها میزان بذر مناسب برای ارقام تجارتی و معرفی شده آذر 2، سرداری و سبلان به ترتیب (130، 135، 120) کیلوگرم در هکتار با استفاده از دستگاه بذرکار و فاصله خطوط 12 تا 15 سانتی متر می باشد.

 تهیه بستر بذر

روش های صحیح مدیریت زراعی جهت استفاده حداکثر از ظرفیت تولید گیاهان در دیمزارها امری بسیار مهم بوده و تعیین مناسب ترین شرایط رشد می تواند برای افزایش عملکرد و بهره وری از محیط مدنظر قرارگیرد. یکی از موارد مهم در تصمیم گیری زراعی به منظور دستیابی به عملکرد بالا در دیمزارها، تهیه بستر مناسب برای بذر می باشد. در رابطه با تهیه بستر بذر طرح های تحقیقاتی زیادی در موسسه تحقیقات دیم در مراغه انجام شده است. با توجه به نتایج این تحقیقات برای مناطق سردسیر کشور می توان شخم پاییزه با گاوآهن قلمی به عمق 30 سانتی متر و در صورت وجود علف های هرز،‌استفاده از پنجه غازی در بهار حداکثر تا عمق (10 سانتی متر) را توصیه نمود.

نتایج حاصل از بازدید مزارع زارعین، نشان می دهد که معمولاً کشاورزان عمل شخم را در پاییز انجام
نمی دهند و در بهار عملیات شخم را با گاو آهن برگرداندار و آن هم دیر وقت انجام می دهند. در اکثر مناطق معمولاً زمان اجرای شخم به علت چرای دام و یا عوامل دیگر به تاخیر می افتد و این کار باعث
می شود که اولاً رطوبت ذخیره شده خاک کمتر بود و ثانیاً به علت خشک شدن خاک و ایجاد کلوخ های درشت، تهیه بستر بذر برای کاشت با مشکل مواجه می شود. به طوری که هنگام کاشت یا بذر کار، بذور به طور یکنواخت ریخته نمی شود و ثانیاً در زمین های کلوخ دار بذور به طور یکنواخت در زیر خاک قرار نمی گیرند و همه این عوامل در نهایت منجر به کاهش تولید می شوند.

عوامل ژنتیکی و فیزیولوژیکی

با توجه به شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک کشور و محدودیت آب، تهیه ارقام و لاین های که در شرایط تنش آبی (خشکسالی) بتوانند عملکرد قابل قبول و پایداری داشته باشند ضرورت دارد. برای دستیابی به چنین لاین ها و ارقامی از روش های گزینش بر مبنای شاخص های متحمل به تنش می توان استفاده کرد . برای حصول این هدف،‌شناخت کافی از خصوصیات ژنتیکی صفات در نباتات مختلف برای اتخاذ تدابیر اصلاحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است برای انجام هر برناه اصلاحی، اطلاع از ساختار ژنتیکی و چگونگی کنترل صفات توسط ژن ها ضروری است. بررسی های ژنتییک و فیزیولوژیک در موسسه تحقیقات دیم نشان داده است که ارقام برخوردار از زودرسی، طول و حجم ریشه بیشتر، عمیق بودن گره یقه، طول زیاد کلئوپتیل، برگ های نازک و باریک و مومی بودن اندام ها از ویژگی های مهم در تحمل نبات به تنش خشکی و سرما به شمار می آیند.

نتایج حصال از یک بررسی نشان داد که با افزایش عمق کاشت (5 تا 7 سانتی متر) در ارقام گندم با طول کلئوپتیل زیاد نه تنها درصد سبز کاهش معنی داری پیدا نکرد بلکه ارقام به علت تشکیل گره یقه د رعمق بیشتر به تنش سرما مقاوم بوده و از طرف دیگر به علت تشکیل ریشه های عمیق و توسعه آنها و استفاده از رطوبت عمیقی خاک در دیمزارها، گیاه را در مقابل تنش خشکی مقاوم می سازد.

بررسی های انجام یافته در پروژه بهنژادی غلات در طول چند سال گذشته در موسسه تحقیقات دیم در مراغه نیز نشان داده است که ارقام برخوردار از زودرسی، قدرت ایستایی (ویگور) عالی که دارای ارتفاع بوته مناسب باشند نسبت به سایر ارقام دریررس از عملکرد وزن هزار دانه بیشتری برخوردارند.ارقام به علت خوشه دهی و پرکردن دانه، سیکل زندگی خود را تا قبل از وقوع تنش رطوبتی و افزایش درجه حرارت، نسبت به سایر ارقام زودتر تمام می کنند لذا با ایجاد تنوع ژنتیکی لازم در پروژه، دورگ گیری باید لاین هایی که بتوانند در ابتدای فصل رشد که هوا نسبتاً سرد می باشد از رشد مطلوبی برخوردار شوند و نیز بتوانند در مقابله با شرایط خشکی عملکرد قابل قبولی داشته باشند انتخاب نمود. در این راستا کارهای زیادی در دست انجام است که نتایج آن در سال های آینده مشخص خواهد بود.

 نقش ترویج

ترویج به مثابه جزء مهمی از دستگاه کشاورزی، و بخش آموزشی و ارشادی است که هدف آن تجهیز نیروی انسانی از طریق آگاهی های نو به منظور افزایش کارآیی در بخش کشاورزی می باشد. ترویج در پیشبرد اهداف خود لزوماً علاوه بر مسایل فنی و زراعی باید از دستاوردهای علوم اجتماعی, روان شناسی، تعلیم و تربیت، مدیریت و برنامه ریزی نیز بهره بگیرد. ترویج نقش آموزش دهنده و اطلاع رسانی را در جوامع مختلف مخصوصاً در رسیدن به کشاورزی مدرن به عهده دارد. تنها ترویج است که با شناخت کافی از همه زمینه ها, امکانات و کمبودهای موجود، می تواند تکنولوژی مناسب را شناسایی و شیوه های انتقال تکنولوژی را مشخص و برنامه آموزشی را برای استفاده کنندگان از این تکنولوژی طرح ریزی نماید.

با نگاهی به  جایگاه و نقش ترویج در کشاورزی ایران و به ویژه در زراعت دیم در می یابیم که متأسفانه این نقش بسیار ناچیز بوده است. کاهش عملکرد در دیمزارها به علت پاره ای از مسایل مثل عدم تهیه بستر مناسب بذر، توزیع غیریکنواخت بذر در واحد سطح، تراکم زیاد بذر و استفاده از بذرکارهای با فاصله خطوط بیشتر و عدم استفاده از بذر بوجاری شده می باشد. نتایج حاصل از تحقیقات درطول چند سال گذشته نشان داده که پتانسیل تولید رقم سرداری در دیم زارها (1865 کیلوگرم در هکتار) بوده است، بنابراین معلوم می شود که کشاورزان ما نتوانسته اند بنا به دلایل فوق الذکر از پتانسیل واقعی این رقم استفاده کنند. نتایج  بازدیدها از مزارع زارعین در نقاط مختلف نیز نشان می دهد که اغلب کشاورزان دیمکار از بذر خود مصرفی استفاده می کنند ثانیاً در کمتر مزرعه ای با علف های هرز مبارزه می شود  و ضمناً در تهیه بستر بذر و زمان تهیه بستر، مشکلات فراوانی دارند که کوچک و پراکنده بودن این قطعات به پیچیدگی این معضلات می افزاید. در کشورهای توسعه یافته از نظر کشاورزی می توان به اهمیت ترویج در افزایش تولیدات پی برد.

جاری شدن آب های سطحی و عدم استفاده از آنها در مناطق سردسیر به مدت حدود 7 ماه از سال ، باید مسئولان را در جهت حفظ و ذخیره این آب ها و هدایت آنها در جهت مصرف بهینه رهنمون سازد. با ذخیره نمودن این آب های روان، مناطق زیادی از مناطق سردسیری حداقل یک یا دو بار می توانند آبیاری شوند که کمک شایان توجهی به افزایش تولید گندم خواهد نمود.

 نتیجه گیری

با نهایت تأسف در سال زراعی 78 ـ 1377 شاهد بی سابقه ترین خشکسالی در چند ساله اخیر بودیم. به طوری که اکثر زراعت ها در مناطق دیم به علت پدیده خشکسالی و عواملی که اثرات این پدیده را تشدید نموند، از بین رفت و یا حداقل عملکرد را تولید نمودند. با توجه به نتایج حاصل از بررسی ها می توان گفت که در سال زراعی گذشته عواملی مانند کاهش بارندگی (به ویژه بارندگی های زمستانه) افزایش دما، کاهش ناگهانی دما در آخر اردیبهشت ماه،‌استفاده بیشتر از کودهای سرک، عدم تهیه بستر بذر مناسب، میزان زیاد بذر در واحد سطح و فاصله خطوط بیشتر از جمله عواملی بودند که موجبات نابودی زراعت در مناطق دیم را فراهم نمودند. از طرف دیگر بروز پدیده خشکسالی، شرایط و امکانات لازم را برای سلکسیون موادژنتیکی متحمل به تنش خشکی برای اصلاح گرها فراهم نمود. به طوری که سال زراعی
(78 ـ 77) از نظر انتخاب و گزینش موادمقاوم به خشکی در موسسات تحقیقات دیم در مراغه بی نظیر بود.

در شرایط خشکسالی (78 ـ 77) برخی از ارقام در آزمایش های مقایسه عملکرد تا حدود 3 تن در هکتار محصول تولید نمودند و از طرف دیگر رقم آذر 2 ویک رقم جدید از ارقام پیشرفته گندم دیم در شرایط تکثیری به ترتیب (1050 و 1450 کیلوگرم در هکتار) محصول تولید نمودند. در همین شرایط میانگین عملکرد رقم سرداری در شرایط تکثیری 680 کیلوگرم در هکتار بود. با توجه به این که در طی ماه های اردیبهشت، خرداد و تیر ماه که هوا گرم شده و شرایط برای رشد در منطقه فراهم می گردد جمعاً 5/8 میلی متر بارندگی در این ایستگاه تحقیقاتی بوده و از طرف دیگر افزایش دما و کاهش رطوبت نسبی نسبت به سال های گذشته باعث شده که ارقام پیشرفته دیم تحت شدیدترین تنش ها قرار گیرند، امید داری که با معرفی این ارقام در طی سال های آینده و رعایت مسایل دقیق زراعی، شاهد افزایش تولید گندم در واحد سطح باشیم.

پیشنهادات

نظر به اینکه بخش زیادی از اراضی زیر کشت گندم در مناطق خشک و نیمه خشک کشور قرارگرفته و عملکرد آن به علت وجود تنش های خشکی و سرما پایین است. دستورالعمل های زیر جهت بکارگیری در دیمزارهای کشور برای افزایش تولید گندم دیم ارایه می شود. امید است که انشاءالله با بکارگیری این توصیه ها شاهد افزایش گندم و کاهش خسارت در سال های خشکسالی باشیم.

 1ـ استفاده از میزان بذر مناسب در واحد سطح

با توجه به نتایج تحقیقات می توان برای ارقام آذر 2، سرداری و سبلان به ترتیب 130، 135 و 120 کیلوگرم بذر در هکتار را در کاشت با بذر کارها توصیه نمود.

  2ـ کاشت با فاصله خطوط کمتر

نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داده که فاصله خطوط 15 سانتی متر بیشترین میزان عملکرد را داشته است. بنابراین استفاده از بذر کارها که فاصله خطوط کمتری دارند برای دیم مناسب می باشند.

 3ـ استفاده دقیق و صحیح از میزان کودهای توصیه شده

باتوجه به نقش موادغذایی در افزایش میزان تولید و نتایج حاصل از آزمایش های متعدد به طور عمومی فرمول کودی 60 کیلوگرم ازت خالص و 30 کیلوگرم P₂O₅ در هکتار برای دیمزارها توصیه می شود. کلیه کود فسفر و کود ازته در هنگام کشت مصرف شود.

 4ـ تهیه بستر بذر مناسب

به طور خلاصه برای تهیه بستر بذر در دیم زارها می توان از گاوآهن قلمی در پاییز سال آیش جهت شخم به عمق 30 سانتی متر و استفاده از پنجه غازی در بهار سال آیش حداکثر دوباره در صورت وجود
علف های هرز به عمق 10 سانتی متر توصیه می گردد.

 5ـ استفاده از ارقام اصلاح شده

استفاده از ارقام اصلاح شده نه تنها عملکرد بیشتری را به دنبال داشته بلکه این ارقام نسبت به تنش های محیطی نیز مقاوم می باشند.

 6ـ استفاده از بذر بوجاری شده

استفاده از بذر بوجاری و ضدعفونی شده باعث افزایش تولیدگندم خواهد شد زیرا در بذر خود مصرفی تعداد زیادی از بذور علف های هرز و بذور شکسته و سایر اجزاء‌ وجود دارند که تنظیم میزان بذر و تراکم  مناسب بوته را مشکل می سازد.

 7ـ تاریخ کشت

کاشت ارقام گندم از ارقام مهر ماه در مناطق سردسیری شمال غرب و غرب کشور تا اوایل آذر ماه (در مناطق معتدل) قابل توصیه است.

 8 ـ عمق کاشت

عمق کاشت مناسب برای ارقام دیم با توجه به نتایج آزمایش ها 5 تا 7 سانتی متر می باشد.

 9ـ جمع کردن آب های روان

جمع آوری و ذخیره آب های جاری در رودخانه های مناطق سردسیری و کوهستانی که حدود 7 ماه از سال از آنها استفاده نمی شود می تواند مقداری از اراضی دیم را حداقل یک بار در زمان کشت زیرآبیاری قرار دهد که این امر منجر به افزایش سریع تولید گندم می شود.

 10ـ نقش ترویج

باید تدابیری اتخاذ شود که مروجین بهتر و سریع تر بتوانند نسبت به انتقال یافته ها از تحقیقات به زارعین و برعکس انتقال مسایل و مشکلات کشاورزان به تحقیقات عمل نمایند.

 11ـ یکپارچه نمودن اراضی دیم

تشویق زارعین به یکپارچه نمودن اراضی خود نیز کمک زیادی به آماده سازی زمین و افزایش تولید خواهد نمود. این کار می تواند در قالب تشکیل تعاونی های تولید گندم و جو نیز انجام گیرد.

 

12ـ مبارزه به موقع باعلف های هرز مزارع گندم مطابق توصیه های انجام شده می تواند در افزایش تولید گندم نقش مؤثری داشته باشد.

 منابع مورد استفاده

1.       اسکندری.‌ایرج. 1377. نگرشی بر اصول عملیات زراعی در دیم. موسسه تحقیقات کشاورزی دیم.

معرفی کتاب

اصول اصلاح نباتات
عنوان                                                                                                   صفحه     فصل 1: تعریف و تاریخچه اصلاح نباتات........................................................ 11 تعریف......................................................................................................... 11 تاریخچه اصلاح نباتات.................................................................................... 12 عوامل موثر در انتخاب استراتژِ اصلاحی............................................................. 14   فصل 2: اهداف اصلاح نباتات....................................................................... 20 افزایش عملکرد ........................................................................................... 20 توسعه حوزه کشت....................................................................................... 21 ماشینی کردن برداشت................................................................................. 22 مقاومت به امراض و آفات................................................................................ 22 بهبود کیفیت محصول..................................................................................... 23 تولید نباتات جدید......................................................................................... 24 علوم وابسته به اصلاح نبات............................................................................ 24    فصل 3: تولید مثل در گیاهان..................................................................... 26 انواع تولید مثل............................................................................................. 27 انواع گلها.................................................................................................... 28 گرده افشانی و باروری (لقاح).......................................................................... 30 خودگرده افشانی و دگر گرده افشانی................................................................ 36 استفاده از خودناسازگاری در اصلاح نباتات......................................................... 43 نرعقیمی.................................................................................................... 45 استفاده از مواد شیمیایی جهت کشتن گامتهای نر............................................. 50 آپومیسی................................................................................................... 51 موارد استعمال آپومیکسی در اصلاح نباتات........................................................ 52    فصل 4:مبدا وتکامل گیاهان....................................................................... 55 خاستگاه احتمالی گیاهان ............................................................................. 56 هدف از مطالعه خاستگاه و مراکز تنوع گیاهی..................................................... 57 هدف از مطالعه تکامل گیاهان......................................................................... 59 فرسایش ژنتیکی در گیاهان............................................................................ 65 مراکز بین المللی نگهداری منابع ژنتیکی........................................................... 69   فصل 5: ژنتیک کمی.................................................................................. 71 چرا بعضی صفات دارای فنوتیپ پیوسته هستند.................................................. 72 نمونه و جمعیت............................................................................................ 74 توزیع.......................................................................................................... 75 میانگین...................................................................................................... 75 واریانس و انحراف معیار.................................................................................. 77 همبستگی................................................................................................. 80 رگرسیون.................................................................................................... 83 تجزیه واریانس.............................................................................................. 85   فصل 6: فراوانی و ژنوتیپی......................................................................... 86 فراوانیهای ژنی............................................................................................. 86  فصل 7: وراثت پذیری................................................................................ 96 اثرات متقابل بین آلل ها................................................................................. 96 تعیین تعداد ژنهای کنترل کننده صفات کمی....................................................... 99 توارث کمی................................................................................................ 100 فرضیه چندژنی برای توارث کمی.................................................................... 102 نحوه محاسبه وراثت پذیری........................................................................... 105 برآورد میانگین نسلها و اجزای واریانس ژنتیکی................................................. 109   فصل 8: اصلاح گیاهان خودبارور با استفاده از معرفی................................. 115 و گزینش بدون دورگ گیری............................................................................ 115 وارد کردن مواد گیاهی خارجی....................................................................... 116 گزینش بدون دورگ گیری.............................................................................. 119 روش گزینش لینه های خالص........................................................................ 125    فصل 9: اصلاح گیاهان خودبارور با استفاده از ........................................... 128 روشهای گزینش بعد از دورگ گیری................................................................. 128 روش شجره ای ......................................................................................... 134 روش بالک یا مخلوط.................................................................................... 138 روش بالک تک بذر ی یا مخلوط تک بذری (وراثت تک بذری)................................. 142 روش گزینش لینه های حاصل از F2............................................................... 144 روش دابل هاپلوئیدی................................................................................... 146 تلاقیهای چندگانه........................................................................................ 148 تولید واریته های هیبرید............................................................................... 149 تلاقی برگشتی.......................................................................................... 149 آسیب پذیری ژنتیکی................................................................................... 156   فصل 10: هتروزیس................................................................................. 160 اندازه گیری هتروزیس.................................................................................. 161   فصل 11: انواع تلاقیها در گیاهان دگربارور.................................................. 167 خویش آمیزی یا اینبریدینگ........................................................................... 167 تاپ کراس................................................................................................. 169 پلی کراس................................................................................................. 170 تلاقی دای آلل............................................................................................ 171   فصل 12: تولید بذر هیبرید در گیاهان دگربارور............................................. 173 تکنیک تولید بذر هیبرید................................................................................ 174 روشهای اصلاحی بهره برداری از هتروزیس....................................................... 175 انواع هیبرید............................................................................................... 175    فصل 13: اصلاح گیاهان دگربارور............................................................. 185 ساختار ژنتیکی گیاهان دگربارور..................................................................... 185 موارد کاربرد انتخاب توده ای ......................................................................... 188 تکنیکهای انتخاب دوره ای ............................................................................ 192 مراحل انتخاب دوره ای ................................................................................ 194 انواع انتخاب دوره ای ................................................................................... 195    فصل 14: اصلاح به روش جهش .............................................................. 204 انواع جهش............................................................................................... 205 منشا موتاسیون (جهش)............................................................................. 206 عوامل به وجود آورنده جهش......................................................................... 206 روش کاربرد عوامل جهش زا.......................................................................... 210 زمان و نحوه کاشت بذوری که تحت تثیر موتاژن قرار گرفته اند............................... 211 اصلاح گیاهان با استفاده از جهش.................................................................. 212 نامگذاری نسلهای موتاسیون........................................................................ 213 اندازه جمعیت M1  ...................................................................................... 214 جمعیت M2 و نسلهای بعدی......................................................................... 214 نمونه هایی از کارهای اصلاحی انجام شده توسط جهش................................... 215      فصل 15: اصلاح به روش تغییر در کروموزوم............................................. 216 تعریف....................................................................................................... 216 یوپلوئیدی.................................................................................................. 217 پلی پلوئیدها............................................................................................. 222 اثرات پلی پلوئیدی...................................................................................... 225 آنیوپلوئیدی................................................................................................ 226 راههای استفاده از یوپلوئیدها و آنیوپلوئیدها..................................................... 230   فصل 16: کشت بافت و سلول گیاهی و  کاربرد آن.................................... 239 در اصلاح نباتات.......................................................................................... 239 کشت بافت و سلول گیاهی.......................................................................... 240 تکثیر کلون................................................................................................. 243 تکثیر گیاهان عاری از ویروس و بیماریهای دیگر.................................................. 244 حفاظت و تبادل بین المللی رژیم پلاسم.......................................................... 245 کشت جنین.............................................................................................. 246 کشت تخمک............................................................................................. 247گرده افشانی و باروری در محیط غذایی مصنوعی (در درون لوله آزمایش)............... 247 کشت بساک و تولید گیاهان هاپلوئید............................................................. 248 کشت بساک............................................................................................. 248 تغییرات ژنتیکی حاصل از کشت بافت.............................................................. 252 دورگ گیری سلولهای سوماتیکی................................................................... 255   فصل 17: اصلاح برای مقاومت به آفات و بیماریها........................................ 257 تعریف و تاریخچه ........................................................................................ 257 زوال مقاومت.............................................................................................. 259 اصلاح کندگان نبات بر علیه طبیعت................................................................. 259 تقسیم بندی مقاومت.................................................................................. 260 ژنتیک اثر متقابل میزبان-پاتوژن...................................................................... 263 اصلاح برای مقاومت به بیماری....................................................................... 264 جداسازی مقاومت...................................................................................... 264 استفاده از ژنهای مقاوم............................................................................... 266 اصلاح برای آفات......................................................................................... 267 روش جداسازی.......................................................................................... 268 روش اصلاح............................................................................................... 269   فصل 18: مهندسی ژنتیک........................................................................ 270 مهندسی ژنتیک......................................................................................... 271 استحاله در یوکاریتوها................................................................................. 277 استخراج ژن............................................................................................... 280 کاربرد مهندسی ژنتیک در گیاهان زراعی......................................................... 281 تکنیکهای انتقال ژن (DNA)به سلولهای گیاهی................................................. 282 روشهای انتقال ژن...................................................................................... 282 استفاده از ویروسها به عنوان ناقل.................................................................. 286 انتقال DNAبه طور مستقیم یا بدون استفاده از ناقل........................................... 288 وضعیت و بیان ژنهای منتقل شده................................................................... 296 ژنهای مورد علاقه برای انتقال ....................................................................... 297   فصل 19:واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR)و............................................... 301 روش انجام PCR......................................................................................... 302   فصل 20:نشانگرهای مولکولی و گزینش به کمک نشانگر........................... 307 نشانگرهای مورفولوژیکی............................................................................. 308  نشانگرهای بیوشیمیایی............................................................................ 308   نشانگرهای مولکولی................................................................................ 308 تکنیکهای مبتنی بر PCR.............................................................................. 315 PCRهدفمند وتعیین توالی............................................................................ 323 گزینش به کمک نشانگر یا ۳۲۴......................................................................MAS  فصل 21: بیوتکنولوژی و تنوع زیستی کشاورزی......................................... 329 نقش بیوتکنولوژی در آینده کشاورزان ا یران...................................................... 332 جنبه های ایمنی و اخلاقی  تولیدات بیوتکنولوژی.............................................. 335 جنبه های ایمنی و اخلاقی تولیدات بیوتکنولوژی............................................... 335 اصلاحات................................................................................................... 338   سوالهای چهارگزینه ای ............................................................................... 350 منابع.............................................................................................................. 375

کشت گندم

گندم

 

در ابتدای هر کشتی باید زمین را آماده نماییم . نکته مهم در آماده سازی بستر بذر با توجه به اینکه گندم به نشست خاک در بعد از رویش فوق العاده حساس است شخم را بایستی حدود یکماه قبل از کاشت انجاه دهیم . در مورد کاشت گندم بلافاصله بعد از انجام شخم های عمیق خودداری کنیم گندم به نوع شخم حساسیت ندارد و بیشتر شخم سطحی را انجام می دهند . تسطیح خاک نیز یکی از مواردی است که باید مورد توجه قرار گیرد زدن لولر بایستی همزمان باشد با عملیات تهیه زمین و بستر بذر زدن لولر باعث می شود که عمق بذر تنظیم شده باقی بماند و آبیاری نیز تسهیل می گردد .
تاریخ کاشت در مناطق سردسیر باید دو ماه قبل از یخبندان ممتد باشد که در مهرماه می باشد . برای هر روز تاخیر در کاشت ۱٪ به میزان بذر اضافه می کنیم . زمانی باید کشت شود که در زمان سرما به ۴ برگی رسیده باشد .
در مورد نیاز کودی گندم باید بگویم که برای تعیین دقیق آن نیاز به آزمایش خاک می باشد .
ازت : بصورت نیترات جذب می شود و آمونیم و اوره فرمهای قابل جذب بعدی می باشد و اهمیت کمتری دارد .تلفات گازی ازت بدلیل نیترات زدایی و غرقاب بودن زمین می باشد و تلفات گازی آونیاک بر اثر پخش در سطح خاک می باشد . برای کاهش تلفات بهتر است کود سرک را با آب حل کنیم و زمانی ک.د را در مسیر آب قرار دهیم که نصف کرت یا فارو را آب رفته باشد . ۲۵۰ تا ۳۰۰ کیلو اوره در هنگام کاشت - پنجه زنی - ساقه رفتن و تشکیل سنبله مصرف می شود . بهتر در هنگام کاشت ۵۰ کیلو و در هنگام پنجه زنی و ساقه رفتن ۱۰۰ کیلو و در مرحله تشکیل سنبله ۵۰ کیلو در هکتار مصرف کنیم .
فسفر : فسفر تمایل به جمع شدن در سطح خاک دارد . فرم محلول فسفر بیشتر قابل جذب می باشد . ازت و فسفر در تعامل با هم می باشند . فسفر توسط نوک ریشه جذب می شود . فسفر را بهتر است با شخم به عمق خاک بفرستیم . ۱۵۰ - ۱۰۰ کیلو سوپر فسفات تریپل در هکتار نیاز می باشد .
پتاسیم : کند جذب است . باعث بزرگ شدن دانه و افزایش کیفیت گندم و افزایش مقاومت به تنش خشکی و مقاومت به آفات و امراض می باشد . ۱۵۰ -۱۰۰ کیلو فسفات پتاسیم در هکتار نیاز است .
علاوه بر عناصر پر مصرف گندم به عناصر کم مصرفی نیز احتیاج دارد . سولفات روی ۴۰ کیلو و سولفات آهن ۴۰ کیلو در هکتار نیاز می باشد .
ارقام الموت٬ بزوستایا ٬ زرین و شهریار ارقام زمستانه می باشند که باید از ۲۰ - ۱ مهر کاشته شوند . ارقام بک کراس روشن و الوند نیمه زمستانه هستند که باید از ۲۰ مهر تا ۲۰ آبان کاشته شوند .
۱۸۰ تا ۲۲۰ کیلو بذر در هکتار نیاز می باشد . نکته مهم در آبیاری این است که باید در پاییز ۲ آب به گندم بدهیم .
● داشت :
در مرحله داشت گندم یکی از مواردی که اهمیت زیادی دارد مبارزه با علفهای هرز می باشد . چون گندم یک گیاه باریک برگ می باشد علفهای هرز پهن برگ را به راحتی می توان کنترل نمود . برای کنترل آنها از سموم تو فور دی و گرانستار استفاده می شود . در مصرف تو فور دی باید دقت کنیم که زمان مصرف آنرا رعایت کنیم زیرا ممکن است که محصول خودمان نیز از بین برود . تو فور دی را باید بعد از ۴ -۲ برگی گندم تا زمانی که بند دوم ساقه گندم تشکیل شده مصرف کنیم . و به میزان ۲ - ۱.۵ لیتر در هکتار باید مصرف کنیم .
گرانستار : میزان مصرف ۲۰ - ۱۰ گرم در هکتار است . از مرحله ۲ برگی گندم تا تشکیل بند دوم ساقه باید مصرف شود . آزمایشات نشان می دهد که اختلاط این دو سم با هم نتیجه بهتری می دهد به این صورت که ۱۳- ۱۰ گرم گرانستار + ۱- ۷. لیتر تو فور دی به هم مخلوط شود و مصرف گردد . برای از بین بردن علفهای باریک برگ مثل یولاف از سمومی مانند آونج به میزان ۴ لیتر در هکتار در مرحله پنجه زنی گندم استفاده می شود و قابل اختلاط با تو فور دی می باشد . تاپیک علفهای یولاف و لولیم را کنترل می کند . رای گندم مصرف می شود و با گرانستار قابل اختلاط است و به میزان ۱ لیتر در هکتار مصرف می شود .
ایلوکسان : بهترین لولیم کش است و چچم را کنترل می کند . به میزان ۲.۵ لیتر در هکتار استفاده می شود .
پوماسوپر : یولاف را کنترل می کند و در گندم و جو استفاده می شود به میزان ۱- ۶. لیتر در هکتار و با گرانستار قابل اختلاط است .
نکته : علف کشهای باریک برگ را باید قبل از پنجه زنی علف هرز مصرف کنیم .
● آفات و بیاریها :
سن گندم : سن کندم در دو مرحله خسارت می زند . اولین مرحله سن مادر است که در بهار هنگامی که دما به حدود ۱۰ درجه می رسد از مخفی گاه زمستانه خود بیرون می آید و به مزارع حمله می کند. سن مادر از برگها و جوانه انتهایی تغذیه می کند و باعث از بین رفتن گندم می شود . برای مبارزه باید به جمعیت آن در مزرعه دقت کرد در مزارعی که بیشتر از ۳ تن عملکرد دارند تعداد ۵- ۴ سن مادر در متر مربع را باید مبارزه نمود . بعد از تغذیه سن مادر در پشت برگها تخم گذاری می کند که سن پوره خارج شده از تخمها با مکیدن شیره دانه ها باعث خسارت می شوند . که در مزارع بابیش از ۳ تن عملکرد تعداد ۷ - ۶ پوره در متر مربع را باید مبارزه نمود . برای مبارزه از سم فنیتریتیون و فنتیون به میزان ۱.۲ لیتر در هکتار مصرف می شود .
شته روسی : علایم حمله آن به گندم به این صورت است که کندم بنفش می شود و کوتوله باقی می ماند و به خوشه نمی رود . برگ در امتداد رگبرگها بنفش می شود .برای مبارزه با آن در زمان مبارزه با سن گندم آن نیز کنترل می شود .
دیگر آفات گندم خسارت چندانی نمی زنند و در هنگام مبارزه با سن گندم کنترل می شوند .
از بیماریهای گندم می توان به سیاهک آشکار اشاره نمود : بوته های بیمار قوی تر و رشد سریعی دارند . عامل بیماریزا روی گل فعالیت دارد و سنبله را به یک توده سیاه تبدیل می کند . توسط باد پراکنده می شود برای مبارزه با آن از سموم ویتاواکس و کاربندازیم بصورت پودر وتابل قابل حل در آب و به میزان ۲۰۰ گرم برای ۱۰۰ کیلو بذر استفاده می شود .
سیاهک پنهان : علایم آن شامل کوتاه ماندن ساقه و کاهش برگها و کوچک ماندن برگها است و رنگ برگها در سطح گره فوقانی به آبی مایل به سبز تبدیل می شوند .سنبله ها کوتاهتر یا دراز تر هستند در هنگام خرمنکوبی دانه های آلوده شکسته و قارچ روی دانه های سالم میریزد و آنها را آلوده می کند و یا در خاک میریزد که تا ۱ سال قوه نامیه خود را حفظ می کند .که از زمان جوانه زنی فعالیت آن شروع می شود . برای مبارزه با آن باید بذور را با سموم ویتاواکس و کاربندازیم به میزان ۲۰۰ گرم در ۱۰۰ کیلو بذر صدعفونی نمود .
سفیدک سطحی : اگر در اواخر فروردینتا اوایل خرداد بارندگی زیاد باشد بروز می کند . ابتدا در قسمتهای پایینی در سطح پهنک و نزدیک رگبرگها لکه های پراکنده٬ کوچک و کشیده با پوشش تار عنکبوتی سفید ظاهر می شود که با افزایش ضخامت خاکستری و قهوه ای روشن می شود . برای مبارزه باید از ارقام مقاوم استفاده نمود و از ارکیبات گوگردی یا کاراتان ستفاده نمود .
گندم معمولا هر ۱۵ -۱۰ روز یکبار باید آبیاری شود . که معمولا گندم به ۵ آب نیاز دارد که شامل خاک آب که اولین آبیاری را می گویند و دوم در هنگام پنجه زنی و سوم در هنگام ساقه رفتن و چهارم هنگام گلدهی و آخر در هنگام دانه بستن می باشد .
● برداشت :
هنگامی که دانه ها سخت شدند که دیگر با ناخن تقسیم نمی شدند و رطوبت دانه ۱۴٪ می باشد هنگام درو می باشد . برای برداشت باید از کمباین های که معاینه فنی شده اند استفاده شود که بهتر است نو باشند و ریزش بیشتر از ۵٪ نداشته باشند .

اصلاح لاله

                 

 

 ●مقدمه
ایران از جمله کشورهای وسیع با تنوع آب و هوائی منحصربهفردی است که از ۱۴ گونه اقلیم آب و هوائی شناخته شده در جهان ۱۳ نوع آن را شامل می شود. با این وجود ایران سهم ناچیزی از بازار جهانی گل را دارا است.
لذا چنانچه توانمندی های بالقوه و بالفعل موجود (تکنیک های به زراعی و به نژادی) در زمینه تولید و صادرات انواع گل و گیاه زینتی به درستی شناسائی شوند و با اتخاذ راهکارهای مناسب از طرف محققین و متخصصین ذیربط و برطرف شدن موانع موجود خواهیم توانست علاوه بر تأمین نیازهای بازار داخلی، بخش مهمی از تقاضای بازار چند میلیارد دلاری انواع گل و گیاه زینتی موجود در خارج کشور را نیز تأمین نمائیم و تنها راه رسیدن به این هدف بهرهگیری از تکنولوژی، ارقام و دانش فنی روز دنیا است که ما را قادر خواهد ساخت عملکرد و کیفیت محصولات را افزایش دهیم و تولیدات کشورمان را در بازار جهانی با توان رقابت بیشتری از نظر قیمت و کیفیت ارائه کنیم.
در این میان گیاهان پیازی که بخش بزرگی از صادرات گل و گیاه را در دنیا به خود اختصاص دادهاند.
با توجه به موقعیت خاص جغرافیائی ایران و شرایط آب و هوائی کاملاً متنوع آن که امکان پرورش بسیاری از گیاهان پیازی به ویژه لاله را فراهم میسازد، همچنین با دارا بودن منابع ژنتیکی منحصر به فرد و ارزشمند از گلهائی مانند لاله، زنبق، میخک، سیکلامن و ... و از سوی دیگر علاقه فراوان که در بین مردم کشور به گل و گیاه وجود دارد این امید وجود دارد که در صورت وجود اطلاعات بیشتر درباره این گیاهان باعث پرورش و تکثیر آنها در مناطق مختلف کشور که از شرایط لازم برخوردار هستند بتوانیم گوی سبقت را از رقیبان اروپائی بربائیم.

● خاستگاه لاله
همانند گوهی پرارزش، گل لاله تاریخی پر تلاطم دارد و عشق به جمعآوری گونه ها و پرورش آن تا مرز جنون پیش رفته است به طوری که لاله های مشهور Tulipmania از اواخر قرن شانزدهم معروف شده است. مدتها پیش از آنکه گل لاله نظر غربیها را به خود جلب نماید. در گلچینهای ادبی ایران و ترکها به این گل زیبا اشاره شده بود.
البته گلهای لاله وحشی بر اراضی استپهای آسیایمرکزی واقع در بخش بزرگی از کرانه دریای مدیترانه میرویند و بنابراین جای شگفتی نیست که چرا این گیاه در زادگاه خود شهرت یافته و مورد توجه قرار گرفته است. منشاء این گیاه مرکز آسیا است زیرا شعار فراوانی از انواع وحشی آن در این کشور میروید و بزرگترین تنوع گیاهی از جنوب به ایالت کشمیر و از غرب به افغانستان، ایران و ترکیه ختم میشود و نام لاله Tulipa نیز برگرفته از یک لغت فارسی Turban به معنای عمامه است.
اما هنگامیکه از لاله سخن به میان میآید تا خودآگاه کشور لالهخیز هلند به ذهن میرسد. امروز کشور هلند بهدلیل دارا بودن شرایط مناسب آب و هوائی و جغرافیائی یکی از بزرگترین تولیدکنندگان و صادرکنندگان پیاز لاله در جهان است. شهر لیر در منطقهای از هلند قرار گرفته که خاک آن به گونه ای شگفت آور، برای پرورش رستنیهای پیازدار مساعد است و اکثر کشورها نیز به خاطر تولید گلهای زیبا و بهاره مورد توجه بسیار قرار گرفتهاند.

● خصوصیات گیاهشناسی
لاله به تیره لیلیاسه (۱) تعلق دارد و جزء گیاهان علفی دائمی پیازی به شمار می آید و پیاز آن تنها بخشی از گیاه است که در شرایط نامساعد تابستانهای بسیار گرم و زمستانهای بسیار سرد در زیر خاک باقی میماند و بقای گیاه را تضمین میسازد. در واقع پیاز لاله یک ساقه فشرده است که شامل برگهای تغییر شکل یافته ضخیم بهنام فلس است و مواد غذائی و آب را در خود ذخیره میکنند.
این فلسها به وسیله تعدادی تونیکا (پیوسته خشک و نازک) به رنگ قهوه ای تیره که اغلب در قسمت درونی کرکدار هستند پوشیده شده است. پیاز بالغ شامل حدوداً شش فلس گوشتی که به صفحه پایگاهی (۲) متصل است و در هنگام بلوغ این صفحه ریشهدهی را توسعه میدهد. جوانه های جانبی (یک جوانه بهازاء هر فلس) در روی صفحه پایگاهی در قسمت درونی این فلس وجود دارد که این جوانه ها بعدها به ساقه های گلدار توسعه مییابد.
برگها در طول ساقه به یک پوشش رنگی (۲) منتهی میشوند که اندامهای نر ماده را احاطه میکنند، این پوشش از سه کاسبرگ و سه گلبرگ کم بیش مشابه تشکیل شده است و در داخل پوشش شش پرچم وجود دارد که هر یک شامل یک میله طویل و باریک است که خود حاصل یک بسک است. بساکها دانه گرده تولید میکنند که پودر مانند بهنظر میرسد و تخمدان سه حجره ای است و هر حجره دارای تعداد زیادی تخمک است که در بالای تخمدان یک کلاله سهلوبه وجود دارد. میوه یک کپسول ایستاده سه حجره ای است و در هر حجره تعداد زیادی بذر قهوه ای پهن وجود دارد که بر روی هم قرار گرفتهاند.

● اهمیت اقتصادی کشت و کار لاله
لاله از جمله گیاهان پیازی است که بالاترین سطح زیر کشت در میان این گروه از گیاهان را به خود اختصاص داده است. با وجود اینکه بسیاری از گیاهان از ایران منشاء گرفتهاند ولی کشور ما برای تأمین این گیاهان در اکثر موارد به صادرات کشورهای تولیدکننده وابسته است. به طور حتم کمبود اطلاعات مربوط به اصلاح، پروش و تولید این دسته از گیاهان که امروزه جنبه تجارتی پیدا کردهاند، موجب شده است که سرزمین منشاء آنها در زمره خریاران قرار گیرد.
هماکنون صنعت پرورش لاله یک درآمد سالانه حدود ۴ میلیون دلار و استخدام ۹۰۰۰ نفر را در هلند به خود اختصاص داده است و حدوداً ۲۱۰۷۸ هکتار زیر کشت پیاز لاله است که از این میزان ۷۰ درصد به منظور پیشرس کردن (۴) و ۳۰ درصد برای کاشت در باغها در نظر گرفته شده است.
کشور هلند با تولید ۳ میلیون پیاز، ۸۰ درصد تولید جهانی را به خودش اختصاص داده است. به موازات این پیشرفتها، هلندی ها  که بدون چون و چرا از پیشروان پرورش لاله هستند و این افتخار همواره به آنان تعلق داشته است، موفق شدهاند هر ساله ارقام تازه، درشت تر و قویتری از این گیاهان زیبا را پرورش دهند تا بتوانند هر ساله لالههای جدیدی به دوستداران عرضه نمایند و علیرغم افزایش که به ظاهر در تعداد جورها و دورگه ها در چهار گوشه گیتی به وجود آمده پارهای از افراد سعی دارند از گونههای وحشی گونههای جدید بهدست آورند.
کشور ما دارای پتانسیل عظیمی از گونه های وحشی و منابع ژنتیکی گسترده از این گیاه است که با دستیابی به تکنیکهای اصلاحی جدید اصلاح گران میتواند ارقام جدید و ارزشمندی از این گیاه را به جهانیان عرضه نماید لذا توجه به اصلاح آن از اهمیت بالائی برخوردار است.

 
● طبقه های لاله ها
طبقه بندی لاله مدتها مسئله پیچیده ای برای گیاهشناسان بود و از طریق گیاهان خشک شده هر بار توانسته بودند در حدود ۳۰۰ گوه را نام ببرند ولی هال (۵) گیاهشناس معروف انگلیس برای اولین بار با استفاده از گیاهان زنده توانست تعداد کروموزومها و طرز قرار گرفتن آنها را درون سلولها مطالعه نماید.
رده بندی لاله های دورگ دشوار است و طبقه بندی لاله های صحرائی از آن هم دشوارتر. بسیاری از لاله های صحرائی که به تازگی کشف شده اند، دشواری نامهای پیشین آنها وجود ندارد ولی ظاهر متنوع رده بندی آنها را مشکل مواجه می ساخت در واقع در یک ناحیه خاص و برای یک گونه ویژه رنگها و نیز اندازه های نمونه متفاوت است.
از دیدگاه کروموزومی بیشتر انواع گل لاله دارای ۲۴ کروموزوم هستند. (۸۵ درصد لالهها) پارهای از آنها تریپلوئید هستند (۱ درصد لالهها) و مقدار کمی تتراپلوئیدند. از گلهای اخیر میتوان دورگه های یا گلهای درشت بهوجود آورد گروه جدید لاله های هیپرید داروین بر پایه T.sosteriana به عنوان والد پدری هم تقریباً همگی تریپلوئید و عقیماند لاله های با کروموزوم بیشتر به داشتن گل درشتتر گرایش دارند .
اما تولید مثل جنسی شان خیلی مشکل است از دیگاه سنتی، لاله های وحشی را بر طبق اینکه پرچم هایشان ترکدار یا بدون کرک باشد به دو دسته تقسیم مینمایند (ردهبندی هال)، یکی از اریوستمونها (۶) که پایه پرچمهای آنها کرکدار و دیگری لیواستمون (۷) که میله پرچم آنها بدون کرک است، براساس جدیدترین تقسیم بندی لاله ها براساس زمان گلدهی، طول ساقه و شکل گل به ۱۵ گروه اساسی تقسیمبندی میکنند و تاکنون بیش از ۳۰۰۰ واریته لاله ثبت شده در حالیکه تعداد کولیتوارهای تجاری کشت شده بیشتر از ۱۰۰ نیست.

 

اصلاح لاله Tulip-breegig
در اصلاح گلهای پیازی از جمله لاله نیز مثل سایر نباتات زینتی اهداف خاص و منحصر به فردی دنبال میشود. مهمترنی آن اصلاح فرم ظاهری و تناسب برگ و گل شکل و رنگهای متنوع و جدید میباشد. اصلاح لاله مانند خود لاله دارای سابقه طولانی بوده به طوری که اولین بار در قرنهای ۱۲ و ۱۳ توسط پرورش دهندگان لاله در خاور نزدیک و خاورمیانه از بین ارقام وحشی سعی در گزینش و انتخاب ارقام برتر از نظر شکل گل و رنگ کردند.
کارهای اصلاحی اساسی بر روی لاله از اروپا در قرن هفدهم آغاز شد. امروزه اصلاح گلهائی مانند لاله که در خارج از فصل طبیعیشان نیز قادر به گلدهی هستند یکی از مهمترین موضوعات اصلاحی نباتات است، جنس لاله مشتمل بر صد گونه است ولی برای تولید ارقام تجاری فقط چند گونه از آن با هم تلاقی داده شدهاند.

● اصلاح برای پیشرس کردن
با توجه به اینکه بیش از ۷۰ درصد پیازهای تولید شده برای پیشرس کردن استفاده میشود، بنابراین اصلاح ارقامی که بر این منظور مناسب باشند از اهمیت بالای برخوردار است. اصولاً پیازهای که برای پیشرسی بهکار میروند باید خصوصیات ویژهای داشته باشند که میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
۱) در کوتاهترین دوره رشد و نمو قادر به گلدهی باشند.
۲) درصد بالائی از گیاهان گلدار را با کیفیت خوب تجاری که با نیازهای ویژه بازارهای مختلف نیز هماهنگی داشته باشد، تولید کنند.
۳) ظرفیت تولید و ذخیره موادغذائی را در یک دوره طولانی داشته باشند.
۴) پیازها باید به راحتی تکثیر شوند به روشهای جدید مکانیزاسیون سازگاری داشته باشند.
۵) نسبت به بیماریها و حشرات نیز مقاومت نشان دهند.
۶) در مرحله بازاریابی تجاری، گلهای شاخهای یا گیاهان گلدانی باید به راحتی توانائی تحمل یک دوره نگهداری در دمای پائین و سطح نوری کم را داشته و به خوبی نیز قابل حمل باشند.
۷) پیازها در شرایط محیطی مختلف قادر به تولید گل، رشد و نمو و ریشه دهی باشند.
سرعت ازدیاد جنسی نیز عامل مهمی است که دوره زمانی لازم برای تولید یک رقم جدید را تعیین میکند. لاله که میزان ازدیاد طبیعی آن ۲-۳ پیازچه جدید در سال است برای تولید یک پیاز در یک اندازه تجاری با قابلیت گلدهی ۳-۲ سال یا بیشتر (بسته به اندازه پیازچه و رقم) چند سال طول می کشد و برای تولید یک کولیتوار جدید نیاز به دورهای ۲۵ ساله دارد. مشکل اساسی در برنامه اصلاحی لاله وجود ناسازگاری است که از عمل تلاقی موفقیتآمیز جلوگیری میکند. در لاله ناسازگاری به طور مکرر در تلاقی بین گونه ای دیده میشود و فقط چندگونه میتوانند با هم تلاقی داشته باشند.

● روشهای اصلاحی لاله
الف) هیبریداسیون بین گونه ای

”بیشتر تلاشها در جنس لاله همیشه متوجه انجام هیبریدهای بین گونه ای است. از تلاقی بین T.gesneriana و T.fosteriana (هیبرید داروین)، T.didieri, T.albrtii, T.ingens, T.greigu, T.kaufmannian حاصل شده است. اخیراً با استفاده از تکنیکهای درون شیشه ای“ موفقیت های زیادی در مورد هیبریدهائی که در شرایط طبیعی (۱۰) هیبریداسیون آنها به سختی امکانپذیر است صورت گرفته است.
از ویژگیهای شاخص در بین هیبریدهای درون گونه ای میتوان به زودرسی، مقاومت در برابر ویروس عامل زنگ شکستگی، فوزا ریوم و ... اشاره کرد. از برخی ارقام شناخته شده حاصل از این میتوان تلاقی Memory s Lefeber, Come Book, BeauMonde, Spryng, Purplewarld و Pink Impression اشاره کرد.
به منظور دو رگ گیری، ابتدا گیاه والد مادری و پدری را در اوایل پائیز در گلدان کشت می نمایند، گل در اواسط بهار تشکیل میشود (به این ترتیب میتوان ویژگیهای واریته های زودرس و دیررس را با بقیه صفات الحاق کرد. در طی فصل کشت، گرده از تمام واریته هائی که می خواهیم ترکیب شوند. باید جمع آوری شوند). در دو گل که همزمان شکفته اند در نخستین گام پرچمها را قطع کرده و در یک قاشق کوچک قرار میدهیم و گل دوم را با نوری بسیار ظریف پوشانده سپس گل را در یک سرپوش پلاستکی قرار داده و بالای سرپوش را میبندند.
دمای ایدآل برای دو رگ گیری ۱۷-۲۰ درجه است دورگ گیری معمول دو بار به فاصله ۳ روز بهمنظور اطمینان از موفقیت کار انجام می گیرد. اگر تلافی موفقیت آمیز باشد تمدان متورم میشود و در اواسط تابستان کپسول میرسد. کپسول باید تا حد ممکن پر و رسیده از روی گیاه برداشته شود زیرا برداشت اگر خیلی زود انجام شود کیفیت بذر از بین می رود. سپس بذرها بی درنگ در اوایل پائیز درون جعبه های بذر کاشته می شوند. این بذور، باید یک دوره سرمای طولانی را طی می کنند و قرار دادن آنها تنها برای مدتی کوتاه درون یخچال کافی نیست.
پیازچه های کوچک حداقل ۲ سال باید در جای خود باقی بمانند زیرا کوچکتر از آن هستند که بتوان آنها را جابه جا رد. در پایان سومین فصل میتوان آنها را جابه جا کرد و در یک بستر عمیق تر و بزرگتر کشت کرد. در سال پنجم پیازها قادر به گلدهی هستند و نتیجه کار قابل مشاهده است.
▪ برخی از معیارهائی که انتخاب براساس آن انجام میگیرد عبارت از:
۱) داشتن شاخ و برگ سبز تیره و محکم
۲) دوام بالای شاخه گل بریده
۳) داشتن دوره پیشرس کردن تقریباً ۲۱ روزه در گلخانه
۴) ارتفاع مناسب گیاه
۵) شکل یا رنگ خاص
۶) مقاومت به بیماریها
اگر رقم جدید ویژگی خاصی داشته باشند، اصلاح گر آن را نامگذاری خواهد کرد و آن را به عنوان یک رقم جدید ثبت میکند. اولین فاکتوری که در انتخاب تام تعیین میشود نامی است که نشان دهنده خصوصیات ظاهری باشد و دومین فاکتور خاستگاه گیاه است.

ب) اصلاح جهشی Mutation Breeding
این گونه جهش ها خیلی به ندرت روی می دهد و از ویژگی های آنها این است که تغییرات مهمی در ظاهر گیاه پدید می آورد بدون اینکه در شکل انتقال صفات به نسل بعدی تغییری ایجاد نمایند. ارقام جدید را می توان به وسیله اصلاح جهش به خوبی هیبریداسیون به دست آورد. جهش های خود به خوبی زیاد در لاله دیده میشود. این جهش ها میتواند گل هائی با رنگها و اشکال مختلف را تولید کند. تفاوت زیادی بین حساسیت پذیری ارقام به جهش وجود دارد. جهش های زیادی در ارقامی مانند Apeldoorm, Murima, Copland, Bacttigon, William شناخته شده است.
به عنوان مثال از کولیتوار Murillo حدود ۶۰ موتانت به دست آمده است. برای تحریک مصنوعی جهت ایجاد جهش، از اشعه ایکس به منظور انجام تحقیقات اصلاحی استفاده می شود و اشعه هائی با طول موج ۳۵۰red ـ ۵۵۰ بهکار میرود. جهت ایجاد تری و تتراپلوئیدی میزان دوره های بیشتری باید استفاده شود. باید توجه داشت که در اثر تابش زودهنگام خیلی از گیاهان در بهار دفرمه می شوند. از لاله هائی که از طریق موتانت اشعه ای حاصل شدهاند می توان به کولیتوارهای Preludium و Lustige Witwe و Santina اشاره نمود.

ج ) لاله های طوطیوار
این نوع از لاله ها جزء مشهورترین لاله ها بوده که به خاطر شکل و رنگ عجیب و شگفت انگیزشان طرفداران زیادی در دنیا پیدا کردهاند. این شکل از لاله ها توسط نوعی جهش خود به خودی (۱۱) حاصل شده اند و در یک سری برنامه های اصلاحی در هلند ارقام خود گرده افشان از آن به نام Cordell مشاهده شد. در تلاقی ها با آن، لاله های Parrot با ژنتیک جدید حاصل میشود.

د) پلی پلوئیدی Ployploides
یکی دیگر از تغییرات کروموزومی در تکنیکهای اصلاحی، پلی پلوئیدی است. شعار کروموزومهای خیلی از کولتیوارهای Tulip دیپلوئید است، تعدادی هم مثل اکثر هیبریدهای داروینتری پلوئیداند اما تتراپلوئیدها نیز خیلی کمیابند، تتراپلوئیدها بیشترشان دارای بوته های قوی و محکم نسبت به دیپلوئیدها هستند. تحقیقات زیادی جهت بهدست آوردن تتراپلوئیدها صورت گرفته است و مشهورترین آنها Judilh- leysler است که در سال ۱۹۷۴ ایجاد شد، مشکل اساسی که در ارتباط با پلیپلوئیدی وجود دارد.
این است که تکثیر آنها در طول فصل با تأخیر صورت میگیرد، بنابراین برای پیشرس کردن نامناسب هستند، از روشهائی که برای به دست آوردن فرمهای پلیپلوئیدی استفاده می شود بهکار بردن کلشی سین است که برای این منظور دانه ها با انتهاء شاخه گیاهی را که می خواهد بذر تولید کند چندین ساعت در مجاورت پارچه ای که در کلشی سین ۲-۱ درصد آغشته شده نگه می دارند. بذرهائی که به این طریق پدید می آیند معمولاً پلی پلوئید هستند و در بین آنها بذرهائی پیدا میشود که گلهای بسیار درشتی تولید میکنند، با این حال نباید گمان ببریم تمام نمونه هائی که بهدست میآیند بدون استثناء گیاهانی جالب و دارای ویژگیهای مطلوب خواهند بود.
در تلاقی بین یک تتراپلوئید با یک دیپلوئید می توان به نتایج تریپلوئید دست یافت که دارای رشد رویشی بالائی هستند ولی متأسفانه این تریپلوئیدها عقیم و نازا بوده و نمی توان آنها را در تحقیقات بعدی اصلاحی بهکار برد. تلاقی کولتیوار تتراپلوئید T.gesneiana با کولتیوار دیپلوئید T.fosteriana منجر به هیبریدهای داروین شد که دارای عمر گلبریده زیاد و مناسب برای پیشرس کردن هستند. در سال ۱۹۹۸ رقم World S Favouriti از یک کولتیوار T.Gesneriana در تلاقی اثر با یک کولتیوار دیپلوئید T.fosteriana حاصل شد.

هـ ) تکنیک جدید اصلاحی در لاله
یک سری تکنیکهای ایجاد گیاهان هاپلوئید برای تهیه گیاهانی که تنها ۱۲ کروموزوم دارند مورد بررسی قرار گرفتند و ساختارهای شبه جنینی از دانه گرده در کشت بافت تهیه شد و با دو برابر کردن هاپلوئیدها قادر به تولید گیاهان هموزایگوتی شد که مطالعات وراثت پذیری را آسان مینمود. ازدیاد لاله ها در شرایط درون شیشهای از طریق جنینهای غیرجنسی و از سلولهای سوسپانسیونی باعث افزایش سرعت بالائی در تولید می شود، کارهائی نیز در ارتباط با تغییراتی در ساختار ژنتیکی لاله در حال تحقیق و بررسی است .
نوید میدهد که در آینده نه چندان دور بتوان با استفاده از تکنیکهای مولکولی جدید و با انتقال قسمتی از DNA یک ژنوم از یک رقم خاص به داخل بافتهای باز زایش شده لاله، در شرایط درون شیشهای صدها لاله با خصوصیات و ویژگیهای خاص ایجاد کرد. امروزه با استفاده از مارکرهای پروتئینی شناسائی ارقام جدید لاله که از طریق هیبریداسیون درون گونهای یا کارهای درون شیشهای حاصل شدهاند در مرحله ای که پیازچه ها رسیده اند امکانپذیر است.

معرفی رشته اصلاح نباتات

اختلاف رشته زراعت و رشته اصلاح نباتات در دوره کارشناسی در دروس تخصصی، اصلاح نباتات خصوصی و بیوتکنولوژی و طرح تکمیلی برای گرایش اصلاح و زراعت در شرایط تنش و زراعت حبوبات و مرتعداری و نباتات صنعتی برای گرایش زراعت می باشد.

اصلاح نباتات در دوره کارشناسی ارشد شامل دورس ژنتیک تکمیلی، اصلاح تکمیلی، ژنتیک کمی، کاربرد کامپیوتر در اصلاح نباتات، مباحث نوین در اصلاح نباتات، تجزیه و تحلیل چند متغیره، ژنتیک فیزیولوژیک، کاربرد بیوتکنولوژی در اصلاح نباتات است.

اصلاح نباتات دانش، مهارت و هنر تغییر ساختار ژنتیکی گیاهان برای افزایش ارزش اقتصادی آنان به نفع بشر است. فرق اصلاح نباتات و بیوتکتولوژی گیاهی در این است که در اصلاح نباتات یک ژن را فقط از یک گیاهی انتخاب کرده و به همان گونه گیاهی انتقال می دهیم و در اصطلاح با محدودیت روبرو هستیم اما در بیوتکنولوژی گیاهی یک ژن را از هر گونه به هر گونه می توانیم انتقال دهیم به عنوان مثال انتقال ژن مقاومت به سرما از ماهی به برنج، همچنین در اصلاح نباتات زمان لازم برای انتقال صفت مورد نظر بیشتر است و پیشرفت در انتقال صفات در بیوتکنولوژی سریعتر اتفاق می افتد.

علوم مرتبط با اصلاح نباتات شامل :

1. ژنتیک.

2. آمار.

ژنتیک علم مطالعه انتقال صفات از یک نسل به نسل دیگر است. ژنتیک مدرن توسط کشیش اتریشی گریگور مندل و در قرن نوزدهم میلادی بیانگذاری شده است.

آمار را باید علم و عمل استخراج، بسط و توسعه دانشهای تجربی انسانی با استفاده از روش های گردآوری، تنظیم، پرورش و تحلیل داده های تجربی ( حاصل از اندازه گیری و آزمایش ) دانست.