گیاهان در طبیعت با نوسان‌های شدید مواد مغذی روبه‌رو می‌شوند. بارش‌های سنگین بسیاری از مواد معدنی را از خاک می‌شویند. دوره‌های خشکی نیز جریان طبیعی عناصر را مسدود می‌کنند. این تغییرات به‌ویژه زمانی که ریزمغذی‌های کلیدی کم شوند، بیشترین آسیب را به محصولات زراعی وارد می‌کند.
بور یکی از مهم‌ترین این عناصر است. این عنصر ریزمغذی بر رشد، باروری، استحکام بافت‌ها و عملکرد کلی گیاه اثر می‌گذارد. پژوهشگران اکنون تلاش می‌کنند بفهمند چرا برخی گیاهان در شرایط کمبود بور عملکرد بهتری دارند. موجی تازه از مطالعات جهانی در حال پاسخ دادن به این پرسش است.
نتایج به‌دست‌آمده از پژوهش‌های گسترده روی گیاه الگوی Arabidopsis thaliana نشان می‌دهد که شکل ریشه، زیست‌شناسی دیواره سلولی و ساختار ژنتیکی، همگی بر توان گیاه برای دوام آوردن در کمبود بور اثر می‌گذارند. این یافته‌ها، دید تازه‌ای در ادامه مطالعات پیشین ایجاد کرده‌اند و می‌توانند مسیر اصلاح ژنتیکی محصولات کشاورزی آینده را روشن کنند.
گیاهان چگونه با کمبود بور مقابله می‌کنند
بور نقشی اساسی در دیواره سلولی، رشد، انتقال دانه گرده و کنترل تنش‌های مختلف دارد. کمبود آن باعث پیچش برگ‌ها، کوتاهی رشد، تیره شدن بافت‌ها و ضعف ریشه می‌شود.
تغییرات اقلیمی این مشکل را تشدید می‌کند. خشکسالی جذب بور را کند می‌کند. سیلاب نیز آن را از خاک می‌شوید. در چنین شرایطی گیاهان باید سازگار شوند یا عملکرد خود را از دست بدهند.
گیاه Arabidopsis برای بررسی این تنش بسیار مناسب است. تنوع ژنتیکی گسترده آن نشان می‌دهد برخی گیاهان حتی در کمبود شدید بور هم سالم می‌مانند.
چرا گیاهان در جذب و استفاده از مواد مغذی متفاوت‌اند
دانشمندان ۱۸۵ گروه مختلف از Arabidopsis را از مناطق گوناگون بررسی کردند. نتیجه مشخص بود؛ بیشتر گیاهان با کمبود بور دچار مشکل می‌شوند.
رشد گیاه کند می‌شود، پهنای برگ‌ها کاهش می‌یابد و تقسیم سلولی افت می‌کند. تنها تعداد کمی از گیاهان توانستند با این تنش کنار بیایند.
چندین مطالعه بزرگ این موضوع را تأیید می‌کنند. فقط تعداد محدودی از نمونه‌ها توانستند سطح رشد و زیست‌توده خود را در حد طبیعی نگه دارند. بیشتر آن‌ها افت شدیدی نشان دادند. این یعنی تحمل نسبت به کمبود بور بسیار نادر است و ارتباطی با تحمل سایر کمبودهای معدنی ندارد.
نکته جالب این است که برخی از گیاهان مقاوم در خاک غنی‌تر رشد متوسطی دارند. آن‌ها فقط زمانی بهترین عملکرد را نشان می‌دهند که میزان بور پایین باشد. این موضوع نشان می‌دهد محیط طبیعی، راهبردهای منحصربه‌فردی برای بقای این گیاهان ایجاد کرده است.
ریشه‌ها چگونه برای جذب بهتر بور تغییر شکل می‌دهند
نتایج تازه ریشه‌ها را در مرکز این سازگاری قرار می‌دهد. مطالعات قبلی نشان داده بودند گیاهان مقاوم، ریشه‌های جانبی بلندتری تولید می‌کنند و این کار باعث می‌شود ناحیه بیشتری از خاک کاوش شود. آزمایش‌های جدید این فرضیه را تقویت کرده‌اند.
زمانی که میزان بور کاهش می‌یابد، طول ریشه اصلی در بیشتر نمونه‌ها افت شدید پیدا می‌کند، اما برخی گیاهان برعکس، ریشه‌های جانبی را طولانی‌تر می‌کنند.
این تغییر باعث می‌شود حجم خاک بیشتری کاوش شود و توان گیاه برای جذب بور حتی در شرایط کمبود شدید افزایش یابد. ارتباط نزدیکی میان مجموع طول ریشه‌های جانبی و مقدار بور موجود در گیاه مشاهده شده است.
بسیاری از نمونه‌های مقاوم می‌توانند طول ریشه‌های جانبی را حتی در شرایط تنش حفظ کنند. این موضوع باعث می‌شود اندام‌های هوایی همچنان تولیدکننده باقی بمانند.
البته همه گیاهان از یک راهبرد استفاده نمی‌کنند. برخی قدرت ریشه اصلی را حفظ می‌کنند. برخی دیگر تراکم ریشه را تغییر می‌دهند. این الگوهای متفاوت نشان می‌دهد چندین مسیر برای بقای گیاه وجود دارد.
گیاهان چگونه از بور استفاده می‌کنند
بور مولکول‌های ویژه پکتین را در دیواره سلولی به هم متصل می‌کند. این اتصال باعث انعطاف و استحکام دیواره می‌شود. زمانی که مقدار بور کاهش می‌یابد، دیواره ضعیف‌تر می‌شود، تقسیم سلولی کند می‌شود، برگ‌ها باریک می‌شوند و رشد دچار نقص می‌گردد.
مطالعه جدید نشان می‌دهد گیاهان مقاوم ممکن است از سازوکارهای دیواره سلولی برای جبران این ضعف استفاده کنند. خانواده ژنی پکتین متیل‌استرازها (PMEs) می‌تواند سفتی دیواره را تنظیم کند. یکی از این ژن‌ها به نام PME44 احتمالاً زمانی که بور کاهش می‌یابد، به تثبیت دیواره کمک می‌کند.
ژن مهم دیگر BOR7 است. این ژن لزوماً میزان کلی بور را افزایش نمی‌دهد، اما به نظر می‌رسد مسیر انتقال بور به ریشه و ساقه را کنترل می‌کند. هر دو ژن در ناحیه ژنتیکی مهمی قرار دارند که با مقاومت نسبت به کمبود بور مرتبط است.
پروتئین‌های انتقال‌دهنده مثل NIP5;1 همچنان اهمیت دارند. آن‌ها ورود بور به ریشه را آسان می‌کنند. اما یافته‌های جدید نشان می‌دهد گیاهان مقاوم لزوماً از نسخه قوی‌تری از این ژن‌ها استفاده نمی‌کنند. آن‌ها مجموعه گسترده‌تری از راهبردها شامل ترمیم دیواره سلولی، کارایی مصرف بور و گسترش ریشه را به کار می‌گیرند.
ژن‌های پشت پرده تحمل گیاهان
نقشه‌برداری ژنتیکی منطقه کلیدی‌ای را روی کروموزوم ۴ نشان داده است که چندین ویژگی مرتبط با تحمل کمبود بور را کنترل می‌کند. این بخش، هم ویژگی‌های ریشه و هم شاخساره را تحت تأثیر قرار می‌دهد و شامل ژن‌هایی مرتبط با انتقال بور و ساختار دیواره سلولی است.
نسخه‌های مطلوب این ژن‌ها در بسیاری از نمونه‌های مقاوم دیده می‌شود. با این حال، مقاومت در گروه‌های ژنتیکی دور از هم نیز وجود دارد. این موضوع نشان می‌دهد تحمل نسبت به کمبود بور چندین بار و در مناطق مختلف تکامل یافته است.
برخی نمونه‌های شمال اروپا این موضوع را بهتر نشان می‌دهند. شرایط طبیعی و کمبود بور در خاک‌های سرد و شمالی، احتمالاً این راهکارها را شکل داده است.
تمام این findings ثابت می‌کند که کارایی استفاده از بور یک ویژگی پیچیده و چندمسیره است. چندین انتخاب ژنتیکی می‌توانند به یک نتیجه مشابه برسند.
کشت‌های آینده؛ محصولات مقاوم‌تر در برابر کمبود بور
پژوهشگران اکنون می‌خواهند این یافته‌ها را وارد حوزه کشاورزی کنند. Arabidopsis و کلزا از یک خانواده گیاهی هستند و این موضوع امید به پیشرفت سریع را افزایش می‌دهد.
«هر یک از این گیاهان ممکن است راهبرد متفاوتی برای کنار آمدن با کمبود بور توسعه داده باشد.» — پروفسور پاتریک باینرت
برخی گیاهان بور بیشتری جذب می‌کنند. برخی دیگر با مصرف کمتر زنده می‌مانند. هر دو مسیر می‌توانند به بقای گیاه کمک کنند.
«بیشتر گیاهان زراعی نسبت به تنش‌های غیرزیستی مثل نوسان ریزمغذی‌ها حساس هستند.» — باینرت
هدف پژوهش‌ها روشن است. شناسایی گیاهانی که در کمبود بور همچنان قوی می‌مانند. درک راهبردهای آن‌ها. سپس انتقال این ویژگی‌ها به خطوط اصلاح‌شده محصول.
ریشه‌های قوی‌تر و دیواره‌های سلولی پایدارتر می‌توانند پایداری عملکرد محصولات را در شرایط اقلیمی متغیر افزایش دهند. یافته‌های جدید مسیر این پیشرفت را هموار می‌کند.
علم اکنون نشان می‌دهد گیاهان راه‌های مختلفی برای مقابله با کمبود بور دارند. چالش اصلی، انتخاب بهترین راهبرد برای مزارع آینده است.
این مطالعه در مجله New Phytologist منتشر شده است.
اگر به زیست‌فناوری، اصلاح گیاهان و پایداری کشاورزی علاقه دارید، دیدگاه خود را ثبت کنید یا این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.
