گیاهان ذرت وقتی در کنار هم فشرده می‌شوند، ساکت نمی‌نشینند. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که این گیاهان در شرایط تراکم بالا ترکیبی به نام لینالول آزاد می‌کنند. لینالول سیگنالی هوایی است که باعث می‌شود گیاهان مجاور الگوی ترشحات ریشه خود را تغییر دهند، ترکیب میکروبی خاک را بازسازی کنند و دفاعشان در برابر آفات تقویت شود.
با این حال، این دفاع قوی یک بهای پنهان دارد: افزایش ایمنی می‌تواند رشد گیاه را کند کند. یعنی همان ترکیباتی که دشمنان گیاه را دفع می‌کنند، ممکن است جلوی پیشرفت خود گیاه را نیز بگیرند.
سیگنال‌های گیاه ذرت
تراکم و آزادسازی لینالول
پژوهشگران گزارش دادند که وقتی سایه‌انداز گیاهان متراکم می‌شود، سطح لینالول در هوا از یک آستانه بالاتر می‌رود و توسط گیاهان همسایه شناسایی می‌شود.
زمانی که این سیگنال به ریشه می‌رسد، مسیر هورمونی جاسمونات فعال می‌شود؛ مسیری که سال‌هاست به عنوان واکنش دفاعی گیاهان در برابر استرس شناخته شده است.
دکتر دونگ‌شنگ گوا از دانشگاه ژجیانگ نوشت: «تراکم بالای کشت، عملکرد محصولات را افزایش می‌دهد اما در عین حال خطر آفات و بیماری‌ها را نیز بیشتر می‌کند.»
آزمایش‌های میدانی
تیم تحقیقاتی برای بررسی ارتباط سیگنال‌های بالای خاک و واکنش‌های زیر خاک، مزرعه‌هایی با تراکم متفاوت کاشتند و تغییرات شیمیایی هوا و خاک را پیگیری کردند.
تغییر ریشه‌ها و میکروب‌های خاک
نقش بنزوگزازینوئیدها
وقتی جاسمونات در ریشه فعال می‌شود، گیاهان ترکیباتی به نام بنزوگزازینوئیدها ترشح می‌کنند؛ متابولیت‌های دفاعی طبیعی در ذرت. این ترکیبات به منطقه ریشه یا ریزوسفر نشت می‌کنند و جامعه میکروبی خاک را تغییر می‌دهند.
یکی از مهم‌ترین این ترکیبات، HDMBOA-Glc است که سال‌ها در ریشه و ترشحات ذرت ردیابی شده است.
تغییر اجتماع میکروبی
این تغییرات تصادفی نیستند. تحقیقات قبلی نشان داده‌اند که بنزوگزازینوئیدها می‌توانند باکتری‌ها و قارچ‌های خاصی را در اطراف ریشه جمع کنند. این اجتماع میکروبی در چرخه‌های بعدی رشد دوباره روی ویژگی‌های گیاه اثر می‌گذارد.
دفاع قوی‌تر، گیاه کوچک‌تر
معامله رشد و ایمنی
گیاهان ذرت در ردیف‌های متراکم کمتر آسیب آفت‌ها را دیدند، اما کوچک‌تر باقی ماندند. این موضوع با یافته‌های قبلی سازگار است: گیاه وقتی منابعش را صرف دفاع می‌کند، رشدش کند می‌شود.
تعامل هورمونی
گیاهان با گفت‌وگوی هورمونی اولویت‌های خود را مدیریت می‌کنند. جاسمونات واکنش به حشرات جونده را هدایت می‌کند، در حالی که اسید سالیسیلیک بیشتر علیه بیماری‌زاهای زیستی فعال است. این دو مسیر می‌توانند رقابت کنند یا یکدیگر را تقویت نمایند.
مطالعه نشان داد که تغییرات میکروبی ناشی از لینالول باعث فعال شدن بیشتر مسیر سالیسیلیک اسید می‌شود. این همان الگوی کلاسیک «رشد در برابر دفاع» است که در بسیاری از گونه‌ها دیده شده است.
سرعت و گستره واکنش
اهمیت زمان‌بندی
نتایج نشان دادند که واکنش تراکم بالا تنها پس از سه روز از رشد ذرت ظاهر شد؛ یعنی به اندازه کافی سریع برای مقابله با فشار اولیه آفات.
دامنه گسترده دفاع
خاک‌هایی که تحت تأثیر تراکم بالا قرار گرفتند، نه تنها آسیب حشرات بلکه فشار نماتدها و بیماری‌ها را نیز در کشت‌های بعدی کاهش دادند. این نشان می‌دهد که اثر دفاعی، چندجانبه و پایدار است.
پیامدها برای کشاورزان
فرصت‌ها و چالش‌ها
کشاورزان برای افزایش عملکرد از تراکم بالاتر استفاده می‌کنند، اما این کار ریسک بیماری‌ها را بیشتر می‌کند. استفاده از سیگنال داخلی مثل لینالول می‌تواند به کاهش نیاز به سموم شیمیایی کمک کند، البته اگر هزینه کاهش رشد مدیریت شود.
میراث خاک
مطالعات میدانی نشان داده‌اند که خاک‌های غنی از بنزوگزازینوئیدها می‌توانند عملکرد محصول بعدی را افزایش دهند، حتی بدون مصرف بیشتر کود.
پروفسور ماتیاس ارب از دانشگاه برن توضیح داد: «افزایش عملکرد ۴ درصدی شاید چشمگیر نباشد، اما در شرایطی که بهبود عملکرد گندم بدون نهاده‌های اضافی دشوار شده، بسیار ارزشمند است.»
آینده تحقیقات در دفاع گیاهان
مسیرهای پیش رو
- اصلاح نژاد: انتخاب واریته‌هایی که میزان لینالول را در حد بهینه تولید کنند.
- الگوهای ترشح ریشه: ایجاد خطوطی که الگوی متفاوتی از ترشحات دفاعی داشته باشند با کمترین هزینه رشد.
- میکروب‌های سودمند: تولید تلقیح‌های میکروبی که اثر لینالول را شبیه‌سازی کنند.
نسخه‌های منطقه‌ای
کارشناسان کشاورزی باید شرایط آب‌وهوایی، تنش گرما، خشکی و بار بیماری را در نظر بگیرند. بنابراین راهکارها جهانی نیستند و باید متناسب با هر فصل و منطقه تنظیم شوند.
جمع‌بندی
این تحقیق یک پیام روشن دارد: مزارع متراکم فقط پر سر و صداتر در هوا نیستند، بلکه زیر خاک هم پر جنب‌وجوش‌تر می‌شوند. با شناخت بهتر سیگنال‌ها و زمان‌بندی آنها، می‌توان این شلوغی زیرزمینی را به مقاومتی پایدار و هدفمند تبدیل کرد.
این پژوهش در نشریه Science منتشر شده است.
