تبلیغات
طوبی سلماس

امروز:

» نوع مطلب : موضوعات تحقیقاتی ،


اصلاح برنج به روش كشت بساك

تك لادها Haploids اسپروفیت هایی با تعداد كروموزوم های گامتوفیتی هستند. آن ها با استفاده از كشت گامتوفیت های نر یا ماده در محیط های غذایی می توانند به وجود آیند. كشت بساك برنج برای تولید تك لادها به عنوان یك ابزار زادشناختی و اصلاح نژادی نیرومندی و به طور كلی در اصلاح گیاهان زراعی، جالب ترین پدیده ای است كه در آزمایشگاه ابداع شده است. به ویژه هنگامی كه این روش همراه با روش های دیگر اصلاح نژاد برای بروز نشانویژگی های مناسب در گیاهان زراعی به كار رود از اهمیت خاصی برخوردار خواهد گردید. اولین بار نی ای زیكی و اونو (1968) در ژاپن از كشت بساك برنج مفق به تولید گیاه تك لاد شدند. نی ای زیكی و هیر نیز بعدا از مدت كوتاهی گزارش دادند كه گیاهان تك لاد به دلیل این كه از دوبرابر شدن كروموزوم هایشان گیاهان دولاد Diploids و جور تخم Homozygous حاصل می شود، برای دانشمندان علم ژنتیك و اصلاح نبات اهمیت ویژه ای یافته است.

          برنج اولین گیاه تك لپه ای است كه از كشت بساك آن گیاه تك لپه ای تولید شده است. به هر حال پیش از آن كشت بساك گیاهان دو لپه‌ای نظیر تاتوره و توتون تحقق یافته بود. با این كه، كشت بساك برنج در سال 1968 گزارش شد، اما تا نزدیك ده سال فعالیت چشمگیری وقوع نیافت تا این كه در سال 1977 با ابداع ماهرانه محیط غذایی  N6 توسط چو و دیگر دانشمندان چینی فعالیت‌های جدیدی آغاز شد. از گزارش‌ها می‌توان چنین استنباط كرد كه با گذشت 22 سال از آن، تحولات مهم و كوشش‌های توقف ناپذیری در كشت بافت برنج به ویژه كشت بساك آن ادامه دارد، اما هنوز به بسیاری از پرسش‌های آن پاسخ داده نشده است. این كه چرا زیر گونه هندی نسبت به ژاپنی دارای قابلیت پنبه‌زایی و باززایی كمتری است؟ در مطالعات پیش دش ها protoplasts از قبیل تهیه پیش دش و همجوشی آن و انتقال ژن و DNA چرا زیرگونه هندی Indica نسبت به ژاپنی Japonica از بازدهی اندك‌تری برخوردار است؟

         تولید یك لاین خالص برنج به روش مرسوم پدیگری به 10- 8 سال وقت نیازدارد و این روند، ازتلاقی والدین شروع می‌شود. نسل اول (F1) كاملا ناجور تخم اما از نظر زاد شناختی یكنواخت است. از تكثیر جنسی گیاهان نسل اول تفرق صفات شروع می‌شود. تفرق صفات عبارت است از جداسازی ژن‌ها و كروموزوم‌های همساخت از والدین مختلف در مرحله میوزی. در نسل دوم (F2) حداكثر تفرق صفات بروز می‌ یابد و در نسل پنجم (F5) گیاهان با 97% جور تخمی حاصل می‌شود. در حالی كه برای گیاهان جور تخم از طریق كشت بساك تنها چند ماه زمان كافی است. از دو برابر كردن كروموزوم‌های گیاهان تك لاد، گیاهانی به دست می‌اید كه به طور كامل جور تخم هستند و خالص می‌باشند (گامبورگ 1986)

  اهداف

        كشت بساك و ریزهاگ Microspore یكی از راه‌های دستیابی به گیاهان تك لاد است كه به طور وسیعی در اصلاح گیاهان زراعی به كار برده می شود. برتری و مزیت تولید تك لاد‌ها در برنج به منظور كوتاه كردن دوره اصلاح با پایداری جور تخمی، افزایش كارایی انتخاب، تغییر‌پذیری وسیع زاد شناختی از راه ایجاد متغییر‌های گامتوكلنی و پیگیری بروز سریع ژن‌های نهفته (مغلوب) هدف اساسی این گیاهان بسیار با اهمیت را تشكیل می‌دهد. از كشت بساك دو رگ‌های F1 در مدت زمان كوتاه‌تری می‌توان به ارقام خالص و پایدار دست‌یافت و به این ترتیب نیروی كار، زمان و فضای لازم و امكانات موجود را برای تولید لاین‌های خالص و پایدار و تثبیت یافته‌ای در مقایسه با روش‌های دیگر اصلاح نژاد می‌توان صرفه جویی كرد. علاوه براین از كشت بافت می توان در تولید سه لاین برنامه برنج دورگه استفاده كرد و نیز برای خالص سازی ارقام محلی كه در اثر زراعت در مدت زمان طولانی ناخالص گردیده‌اند،سود برد.

عوامل مؤثر در بازدهی كشت بساك برنج

        بازدهی كشت بساك و زیرهاگ برای تولید تك‌لاد‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای متفاوت است و تاكنون سه عامل مؤثر: منابع گیاهی، تیمار فیزیكی و محیط غذایی به خوبی شناخته شده‌اند.

 1- منابع گیاهی

         در برنج پینه زایی و باززایی از بساك و ریزهاگ به زادمون (Genotype) بستگی دارد و از ویژگی‌های وراثتی محسوب می گردد كه توسط یك بسته منفردی از ژن‌ها هدایت می شود. عموماً برنج‌های زیرگونه هندی و دورگهایشان نسبت به ژاپنی با پینه زایی و باززایی گیاهی كمتر و زالی (Albino) زیادتر مشخص می شود. به نظر می رسد فراوانی بازدهی كشت بساك و ریزهاگ برنج‌های ژاپنی مربوط به بزرگی دانه‌های گرده شان باشد كه به زادمون و شرایط محیطی رشد گیاهان بستگی دارد. نسل اول تلاقی زادمون‌های حاصل از تلاقی‌های هندی×هندی، هندی× ژاپنی و ژاپنی× ژاپنی نسبت به والدینشان دارای توانایی پینه زایی، باززایی و تولید گیاهان سبز و زال متفاوتی هستند. تایچونگ و لاین 304 كه دارای قابلیت پینه زایی و باززایی فراوان و سالاری كم بود، اما تلاقی نسل اول هر دو آن‌ها با سالاری متوسط  گردید. در بسیاری از موارد دو رگه‌های نسل اول نسبت به والدینشان القای پینه و باززایی بیشتر و تولید گیاهان زال فراوان‌تری را حایزاند. اخیراً نظراتی وجود دارد كه نشان می دهد، القای پینه و باززایی توسط ژن‌هایی هدایت می شود كه سیتوپلاسم فاقد آن‌ها است به هر حال عوامل سیتوپلاسمی را در فراوانی القای كشت بساك نمی توان بی تاثیر دانست.

        شرایط رشد و حالت تنكار شناختی گیاه مادری به خوبی رابطه عوامل محیطی و زادشناختی در پاسخ بساك به كشت آزمایشگاهی آن تاثیر دارد. درجه حرات مرحله تشكیل جوانه زایشی بستگی به رقم و زادمون دارد، اما آنچه به نظر می رسد این است كه در گلخانه در درجه حرارت زیاد خوشه‌هایی تشكیل می‌شود كه با كاهش پینه‌زایی و باززایی و افزایش نسبت زالی‌ها مواجه خواهد گردید. فصل رویشی، دروه نوری، شدت نور، درجه حرارت محیط، رژیم‌های غذایی خاك نیز در بازدهی كشت بساك مؤثرند. لازم به توضیح است كه در توتون بازده زیاد گیاهان هنگامی حاصل می شود كه بساك‌ها در مرحله آغاز تكوین جوانه‌های گل جمع‌آوری شوند و در ضمن بالاترین سطح جنین‌زایی وقتی مشاهده می گردد كه منابع گیاهی تحت شرایط روز كوتاه و با شدت نور زیاد رشد یابد.

        مرحله تكوین ریزهاگ‌ها تاثیر وسیعی در پینه‌زایی دارد و بساك‌ها یا ریز‌هاگ‌های مرحله اواسط تا اواخر تك هسته‌ای مناسب‌ترین وضعیت را در كشت دارند. گرده برنج در مرحله نارس یا به طور كاملاًً رسیده پاسخ اندكی به كشت نشان می‌دهد. یا حتی پینه زایی ممكن است صورت نگیرد. مرحله‌ای كه بساك‌ها بایستی تحریك شوند و سرمادهی در آن اجرا گردد، به طور مشخصی از زادمونی تبعیت می‌كند. تعداد 3 تا 4 شاخه اصلی هر بوته گیاه با فاصله 9- 5 سانتی‌متر برگ پرچم از برگ ما قبل آن تقریباً انتخاب صحیح مرحله تكوینی گرده را نشان می دهد. اما این فاصله در زادمون‌های گوناگون متغیر می‌باشد و علاوه بر تفاوت زاد شناختی نسبت به حالت‌های تنكار شناختی گیاهان مادری نیز بستگی دارد كه این فاصله نیز به نوبه خود تحت تأثیر عواملی نظیر طول روز، شدت نور، درجه حرارت محیط رشد و مواد غذایی خاك و زمان كشت قرارمی گیرد.

        برای بازدهی بیشتر پینه زایی و باززایی گیاهچه، از شاخه‌های قوی عاری از بیماری و آفات كه هیچ گونه كمبود مواد غذایی نداشته باشند، استفاده می‌شود. ابتدا بذر‌های F1 یا ارقام مختلف را در صورتی كه تازه برداشت شده یا محلی ایرانی باشد، مدت 5- 3 روز در آون C° 50 قرار می‌دهند تا دوره خواب آن‌ها شكسته شود. سپس آن‌ها را روی كاغذ صافی مرطوب داخل پتریدیش می‌ریزند و در دستگاه جوانه زنی (ژرمیناتور) سبز می كنند.پس از این كه ریشه‌های بذور به اندازه یك سانتی متر رشد كرد، آن‌ها را به خاك جعبه كاشت در گلخانه یا فیتوترون انتقال می دهند و خاك آن را با آب كافی مرطوب می سازند. دوره نوری دستگاه فیتوترون 14 ساعت روشنایی با C° 29 و 10 ساعت تاریكی با C° 21 و رطوبت روی 80 الی 85 درصد تنظیم می شود. هنگامی كه نشاءها به اندازه كافی رشد كردند، آن‌ها را به گلدان‌های محتوی خاك مرغوب مزرعه منتقل می سازند. از آنجا كه گیاهان كاشته شده در مزرعه به كشت بساك بهتر پاسخ می‌دهند، در صورتی كه شرایط آب و هوایی مناسب باشد، بایستی آن‌ها را به خاك مزرعه انتقال داد. گیاهانی كه در گلخانه پرورش می یابند، قدرت القای پینه بساك و باززایی آن‌ها بسیار اندك است و در نتایج كار تحقیقاتی اثر نامطلوبی بر جای می گذارد. در مدت زمان رشد آن‌ها در داخل گلدان و در گلخانه، هیچ وقت نباید آب زیر بوته‌ها كم باشد. اگر گیاهان رشد خوبی نداشته باشند، بایستی مقادیر 2 گرم اوره ، 5/1 گرم فسفات آمونیوم و 75/1 گرم سولفات پتاسیم از انواع كودهای مورد استفاده در كشاورزی را به هر گلدان اضافه كرد.

2- تیمارهای فیزیكی

       عوامل فیزیكی دارای دامنه تأثیر وسیعی در كشت بساك برنج است و شامل تیمارهای پیش از كشت و پس از كشت آن می باشد.

1-2-تیمارهای پیش از كشت

درصورتی كه خوشه‌ها در معرض تیمارهای سرمایی یا گرمایی قرار گیرند، بساك هایشان در پینه زایی و باززایی، بازدهی خوبی از خود نشان خواهند داد. مدت زمان و درجه حرارت بهینه برای این تكانه حرارتی یك ویژگی زادشناختی است. تفاوت زیرگونه‌های برنج هندی و ژاپنی در نیاز به تیمار سرمایی هم به زادمون و هم به حالت تنكار شناختی آن‌ها بستگی دارد. در برنج تیمار سرمایی 8 درجه سانتی‌گراد به مدت 10- 8 روز، پینه زایی و تولید گیاهان تك لاد را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داده است. مدت زمان بیش از 10- 8 روز تأثیر معكوسی در پینه زایی دارد. سرمادهی، تباهی دانه گرده نارس و بافت‌های دیواره بساك را به تأخیر می‌اندازد و نقش بسیار با اهمیتی در پینه زایی بساك برنج دارد. سرمادهی هم زمانی و زیستایی ریزهاگ‌ها را تشدید می‌نماید و آنزیم‌هایی را فعال می كند كه در تولید پینه نقش ضروری را بازی می كنند تا به جنین تكوین یابند.  مدت زمان بهینه  پیش تیمار سرما با درجه حرارت آن (°C9-7) و مرحله تكوین ریزهاگ‌ها تغییر می كند. همانطور كه توضیح داده شد، در برنج بالاترین فراوانی پینه از بساك هنگامی حاصل می شود كه خوشه‌های قطع شده به مدت 10-8 روز در°C 8  تیمار شوند. علاوه بر این، گرمادهی خوشه‌ها به مدت 15-5 دقیقه در°C 35 پیش از تیمار سرما در یك رقم برنج به نام 42IR موجب افزایش بازدهی تشكیل پینه شده است (زاپاتا و توریزو، 1986). تكانه‌های سرمایی و گرمایی علاوه بر ایجاد همزمانی و زیستایی، آنزیم‌هایی ضروری برای القای پینه ریزهاگ‌ها به جای عمل زایشی، رشد و نمو اندام سبز را فعال می كند. این عمل می تواند موجب مخفی ماندن ژن‌ها یا فرآورده‌های آن‌ها یعنی آنزیم‌هایی شود كه عهده‌دار نموگامتوفیتی اند تا ریزهاگ‌ها بتوانند در جهت نمو اسپوروفیتی تغییر یابند.

2-2- تیمارهای پس از كشت

       نگهداری كشت‌ها به منظور پینه زایی و باززایی در درجه حرارت و دوره نوری معین بسیار با اهمیت می باشد، به طوری كه با اندك تغییری در آن نتایج نامطلوبی حاصل می گردد. بنابراین دسترسی به اتاقك‌های درجه حرارت ثابت با دوره نوری و شدت نور قابل تنظیم از ضروریات حتمی است. بهترین درجه حرارت برای برای تشكیل پینه از بساك برنج 1±25 درجه سانتی گراد و برای نمایز یابی و تشكیل گیاه از پینه بساك 1±24 درجه سانتی گراد با دوره نوری 8 ساعت تاریكی و 16 ساعت روشنایی ( با شدت نوری 3500 لوكس ) است. درجه حرارت های بالاتر از آن میزان تولید گیاهان زال را افزایش و سبز را كاهش می دهد. به ویژه در درجه حرارت های بالاتر از 30 درجه سانتی گراد میزان تولید گیاهان زال به مقدار قابل توجهی زیاد می شود. ازاین گذشته، تراكم بساك ها و نیز طرز قرار گرفتن آن ها در محیط غذایی پینه زا، در بازدهی كشت تأثیر بسزایی دارد. علاوه براین، سن پینه در باززایی آن اثر می گذارد. از انتقال پینه هایی كه 10 روز از تشكیل آن ها می گذشت به محیط های غذایی باززایی تقریبا 50 درصد آن ها گیاهچه  را تولید كردند. هنگامی كه پینه های با سنّ 60 روزه به محیط های باززایی انتقال یافتند، همه گیاهچه های حاصل زال بودند و هیچ گونه گیاه سبزی به دست نیامد. به هرحال، پینه های مسن تر یا جوان تر و كوچك تر یا بزرگ تر، باززایی گیاهان را به اندازه قابل توجهی كاهش و پیدایش گیاهان زال را افزایش می دهد.

3 – محیط غذایی

          محیط غذایی در تولید گیاهان تك لاد از راه كشت بساك و ریزهاگ اثر مهم و قاطعی دارد. نیازهای غذایی كشت با زادمون و احتمالا مرحله تكوینی بساك و شرایطی كه تحت آن گیاهان مادری رشد می كنند، متفاوت است و اغلب گیاهان در یك محیط غذایی كامل ( نمك های معدنی، ویتامین ها و ساكارز) با مقادیر مختلف مواد تنظیم كننده رشد( هورمون ها) یا فاقد هورمون نر زایی دارند. با توجه به این كه پیشرفت در در تولید گیاهان تك لاد تابعی از بازدهی كشت آن است، بهبود محیط های غذایی كشت همواره مورد نظر محققان بوده است.

          نی ای زیكی و اونو (1968 ) برای اولین بار از كشت بساك برنج گیاه تك لاد را به وجود آوردند. آن ها در همان سال در مجله رسمی وزارت كشاورزی ژاپن ( جلد 3 شماره 3 سال 1968 ) این ر.یداد مهم را ثبت كردند. اما این روش به دلیل عدم وجود شرایط لازم به ویژه محیط غذایی مناسب نتوانست كارایی زیادی داشته باشد و استفاده از آن در اصلاح نژاد برنج عملا متوقف ماند. آن ها از یك محیط غذایی ساده ای استفاده كرده بودند كه با محیط های غذایی تكامل یافته امروزی كوچك ترین شباهتی نداشت. چو و همكاران ( 1977 ) محیط غذایی N6  را كه دارای بازدهی پینه زایی بیشتری است، در كشت بساك برنج و غلات دیگر رواج دادند و از این تاریخ عملاً تولید تك لادها برای اصلاح این غله مهم اقتصادی آغاز شد. علاوه بر این، چو (1978) یك محیط غذایی ساده محتوی 20درصد عصاره سیب زمینی را برای كشت بساك برنج پیشنهاد كرد. محیط غذایی سیب زمینی نسبت به MS نتیجه بهتری داشت. به هر حال كاربرد سیب زمینی به نوع و حالت تنكارشناختی آن نیز بستگی دارد. در حال حاضر، برای تولید پینه از بساك برنج، محیط های غذایی متعددی مورد استفاده قرار می گیرد كه مهم ترین آن ها عبارتند از: Fj, L8, Ls, E10, B5, N6 و به ندرت MS . در میان این محیط های غذایی N6  رایج ترین كاربرد و به ویژه در كشت بساك برنج ارقام زیرگونه ژاپنی تأثیر بیش تری را نشان داده است. پینه زایی ارقام ایرانی نظیر عنبربو، حسنی و سیاه ریحانی كه دارای قابلیت پینه زایی بسیار آلی هستند و تلاقی های آن ها با ارقام فاقد توانایی پینه زایی نظیر خزر، سپیدرود، نعمت و غریب در محیط های غذایی N6, L8, Fj نتایج رضایتبخش متفاوتی را نشان دادند. در رقم ایرانی عنبربو كه دارای قابلیت پینه زایی بسیار عالی می باشد، در تلاقی با ارقام دیگر ایرانی كه فاقد توانایی پینه زایی، نتنها توانایی پینه زایی را در آن ها بالا برد بلكه میزان تولید گیاهان باززایی را نیز به اندازه كافی افزایش داد ( 1377 ). به هر حال، بازدهی اندك كشت بساك برنج زیرگونه هندی در محیط های غذایی  Fj, L8, N6  همواره یك مشكل بسیار مهمی بوده است. N6  در القاء پینه از خوشه های نارس برنج نیز تأثیر دارد و با تغییر هورمون های آن، در تمایز یابی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

          منابع نیتروژن معدنی مانند NO3 و NH4 و مواد آلی مانند: گلوتامین، اسید گلوتامیك، آلانین، كازئین هیدرولیزات، گلوتاتیون و آسپاراژین از مهم ترین نشانویژگی های محیط های كشت بساك برنج هستند. یون آمونیوم در القاء پینه از دانه گرده نارس بسیار حساس و با اهمیت است، به طوری كه مقادیر پایین آن پینه زایی را افزایش، اما مقادیر زیادتر، آن را متوقف می سازد. به همین جهت نسبت نیتروژن نیتراتی به آمونیومی در محیط های غذایی  Fj, MS, Ls, B5, N6 با دقت خاصّی تنظیم یافته كه كارایی آن را در سطح وسیعی موجب شده است. از تغییر این محیط های غذایی، محیط های دیگری فراهم گردیده اند كه عبارتند از: He3 از N6 توسط هانگ در سال 1981 و E10 از B5 توسط زاپاتا و توریزو در سال 1985. استفاده از مقادیر نیتروژن نیتراتی بیش تر از آمونیومی آن توصیه شده است. اما وقتی نیترات با تركیب غیر آمونیومی در محیط های غذایی استفاده شود، به مرورزمان pH محیط غذایی بالا خواهد رفت و جذب مواد غذایی دیگر به ویژه یون Fe اختلال ایجاد می شود.

          منابع كربن در محیط غذایی هم انرژی لازم را تأمین می كند و هم پتانسیل اسمزی را افزایش می دهد. بافت هایی كه در محیط كشت به تدریج بزرگ می شوند و در محیط های مصنوعی و غیر طبیعی رشد كرده اند، نسبت به كربن خود غذا ( اتوتروف ) نیستند بلكه بایستی كربن مورد نیاز خود را از یك منبع خارجی جذب كنند. ساكارز یك منبع مؤثر كربوهیدرات محسوب می شود كه غلظت آن در القای گیاهان گرده ای نقش بسیار با اهمیتی برعهده دارد. غلظت ساكارز در پینه زایی از بساك برنج و باززایی آن 5 – 2 درصد است

 


نوشته شده در : پنجشنبه سیزدهم دی 1386  توسط : مهندس محبوب آقازاده.    نظرات() .

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر