گیاهان برخلاف ظاهر آرامشان، درون خود پیوسته فعالاند. ریشهها، ساقهها و دانهها به طور مداوم با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند تا مسیر رشد، واکنش به نور، آب و تغییرات محیطی را هماهنگ کنند. تحقیقات جدید نشان میدهد که ملاتونین در این شبکه پیچیده نقش کلیدی دارد؛ مولکولی که انسان آن را برای خواب میشناسد، اما گیاهان آن را برای اهدافی کاملاً متفاوت به کار میبرند.
ملاتونین چگونه به گیاهان کمک میکند
در بدن انسان، ملاتونین توسط مغز برای تنظیم خواب ترشح میشود. اما در گیاهان، بافتها در شرایط و عملکردهای دیگری این مولکول را تولید میکنند. به گفته عبداللطیف خان از دانشگاه هیوستون، «ملاتونین به دلیل توانایی در تقویت رشد گیاه و کاهش تنشهای غیرزیستی، به مولکولی محوری در کشاورزی تبدیل شده است».
گیاهان برای حفظ ریتم روزانه، تنظیم بیان ژنها، ثبات پروتئینها و واکنش به فصلها از ملاتونین استفاده میکنند. سلولهای گیاهی اسید آمینه تریپتوفان را ابتدا به سروتونین و سپس به ملاتونین تبدیل میکنند. سطح ملاتونین در بسیاری از بخشهای گیاه با شروع رشد و هنگام تشکیل دانهها افزایش مییابد.
تحقیقات نشان دادهاند که سلولهای گیاهی میتوانند در بخشهای مختلف مانند کلروپلاست، سیتوپلاسم و شبکه آندوپلاسمی ملاتونین بسازند. این انعطافپذیری به گیاه کمک میکند تا در برابر سرما، گرما، خشکی و مواد آسیبرسان مقاومت بیشتری داشته باشد.
نقش میکروبها در تولید ملاتونین و بهبود رشد
خان توضیح میدهد که «میکروبهای تولیدکننده ملاتونین میتوانند خاک را غنی کنند و در دسترسپذیری، جذب و انتقال ملاتونین در گیاه را افزایش دهند». بسیاری از میکروارگانیسمها مانند Bacillus، Pseudomonas، Lactobacillus و حتی مخمرها هنگام مواجهه با تنشهایی مانند شوری، سرما یا فلزات سنگین میزان ملاتونین بسیار بالایی تولید میکنند.
در زمان تخمیر نیز به دلیل تغییرات مصرف انرژی، برخی میکروبها مقدار بیشتری ملاتونین آزاد میکنند. این ملاتونین اضافی اغلب باعث:
- بهبود سلامت گیاه
- رشد قویتر ریشهها
- رنگدانههای غنیتر
- افزایش مقاومت گیاهان نسبت به تنشهای محیطی
چرخه ملاتونین در گیاهان
گیاهان نیز مانند انسان یک چرخه مشخص ملاتونین دارند. در شب سطح ملاتونین افزایش مییابد و با طلوع آفتاب کاهش پیدا میکند. ساعت درونی گیاه از این چرخه برای مدیریت فعالیتهایی مانند باز و بسته شدن روزنهها، تنظیم انرژی و آغاز فرآیند گلدهی استفاده میکند.
ملاتونین از طریق مسیرهای شیمیایی و گیرندههایی مانند PMTR1 در سراسر بافتهای گیاهی حرکت میکند و الگوهای رشد را تغییر میدهد. تفاوتهای گسترده در گروههای مختلف گیاهی، فصلها و اندامها باعث میشود ملاتونین نقش مهمی در جوانهزنی بذر، فتوسنتز و تولید دانه داشته باشد.
ملاتونین و تعامل با هورمونهای رشد
ملاتونین با بسیاری از هورمونهای گیاهی همکاری میکند تا شرایط نامساعد را برای گیاه قابل تحملتر کند. برای مثال، سیتوکینین هورمونی است که برگها را سبز و فعال نگه میدارد. در شرایطی مانند نور شدید یا خشکی، برگها معمولاً سریعتر پیر میشوند. ملاتونین اثر سیتوکینین را تقویت میکند و باعث میشود گیاه مدت بیشتری سبز و سالم بماند.
از سوی دیگر، اسید ژاسمونیک هورمونی دفاعی است که هنگام آسیب یا استرس فعال میشود. تحت تنش شوری، گیاهان اغلب بیش از حد این هورمون را فعال میکنند که موجب کاهش رشد میشود. ملاتونین این واکنش دفاعی را تعدیل میکند تا گیاه انرژی خود را بیهوده هدر ندهد و بتواند به رشد طبیعی ادامه دهد.
ملاتونین و نقش آن در تعادل میکروبی خاک
به گفته خان، تاکنون بیشتر مطالعات بر گونههای کشاورزی یا گیاهان دارای اهمیت دارویی متمرکز بودهاند، اما هنوز درباره عملکرد ملاتونین در گیاهان وحشی یا گونههای دارای ارزش فرهنگی اطلاعات کمی وجود دارد.
ملاتونین موجود در خاک موجب افزایش باکتریهای مفید مانند پروتئوباکتریا و اکتینوباکتریا میشود، در حالی که جمعیت قارچهای مضر کاهش مییابد. فرایندهای تأمینکننده نیتروژن و فسفر نیز با حضور ملاتونین بهبود پیدا میکنند. همچنین قارچهای همزیست مایکوریزا توان بیشتری برای حمایت از رشد ریشهها پیدا میکنند.
امروزه دانشمندان در حال طراحی میکروبهایی هستند که بتوانند بهطور مستقل ملاتونین تولید کنند. برخی از این میکروبها حتی قادرند سیگنالهای گیاه را تشخیص دهند و تنها در زمان نیاز ملاتونین آزاد کنند.
نتایج اولیه نشان میدهد این رویکرد باعث:
- ریشههای قویتر
- جذب بهتر مواد مغذی
- افزایش بقا در شرایط تنش گرما یا شوری
این پژوهش در مجله iScience منتشر شده است.
نتیجهگیری: ملاتونین، مولکولی کوچک با نقش بزرگ در کشاورزی آینده
ملاتونین در گیاهان تنها یک مولکول نیست؛ یک سیستم دفاعی، یک تنظیمکننده رشد و پلی ارتباطی بین گیاه و میکروارگانیسمهای خاک است. شناخت بهتر این ترکیب میتواند به توسعه روشهای نوین کشاورزی پایدار، افزایش مقاومت محصولات و کاهش وابستگی به مواد شیمیایی منجر شود.
سؤالات متداول کوتاه
- آیا ملاتونین در همه گیاهان وجود دارد؟ بله، تقریباً در تمامی گیاهان یافت میشود.
- آیا افزودن ملاتونین به خاک مفید است؟ در بسیاری از آزمایشها نتایج مثبتی ثبت شده است.
- آیا میتوان از میکروبهای تولیدکننده ملاتونین در کشاورزی استفاده کرد؟ تحقیقات اولیه بسیار امیدبخش است.
اگر این مقاله برایتان مفید بود، آن را با دوستان علاقهمند به کشاورزی و علوم گیاهی به اشتراک بگذارید و نظر خود را در بخش دیدگاهها بنویسید.
