مروری بر جنبههای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تنش گرما در برنج
نویسندگان
1 مؤسسه تحقیقات برنج کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران.
2 دانشجوی دکتری اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
3 دانش آموخته دکتری زراعت گرایش اکولوژی، دانشکده تولیدات گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
doi
10.22126/cbb.2023.8606.1028چکیده
گرمایش جهانی میانگین دمای زمین را افزایش داده است و تنشهای حاصل از گرمای شدید در مناطق مختلف افزایش یافته است. تنش گرمایی بهصورت افزایش دما فراتر از آستانه بحرانی برای مدت معین در مراحل مختلف رشد گیاهان زراعی رخ میدهد. بر این اساس تغییرات کمی و کیفی گیاهان زراعی از جمله برنج در اثر تنش گرمایی ناشی از افزایش جهانی دما یکی از دغدغهها و نگرانیهای مهم در بسیاری از مناطق برنج خیز دنیا از جمله کشور ما محسوب میشود. گیاهان با تغییر متابولیسم در سطوح فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی با تنش گرمایی سازگار میشوند. یک سیستم فتوسنتزی پایدار میتواند آسیب ناشی از حرارت را کاهش دهد و عملکرد دانه را تحت شرایط تنش گرمایی افزایش دهد. آسیب ناشی از دمای بالا میتواند در مراحل مختلف رشد برنج، از مرحله جوانهزنی تا گیاهچهای، گلدهی و رسیدگی دانه متفاوت باشد. مراحل گلدهی و پر شدن دانه از مراحل حساس به گرما در گیاه برنج هستند. آسیب حرارتی در این مراحل میتواند زیان اقتصادی قابل توجهی را به تولید برنج وارد کند. در این مقاله سعی شده است تا تغییرات فیزیولوژیکی برنج تحت تاثیر تنش گرمایی مورد ارزیابی قرار گیرد. تغییرات مورد بررسی شامل واکنش بیوشیمیایی گیاه (نشت الکترولیت، سطح پراکسیداسیون لیپیدی و فعالیت آنزیم آنتیاکسیدانی)، سطح فتوسنتز، تغییرات غشایی، تغییرات گیاه جهت تحمل یا فرار از تنش، تغییر متابولیسم در سطوح فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی در جهت سازگاری به گرما، تنظیم فعالیت عوامل رونویسی مرتبط با پاسخ تنش حرارتی و تغییرات الگوی بیان ژنها تحت تاثیر تنش گرمایی است. همچنین در این مطالعه ارتباط تنش گرما و ویژگیهای بیوشیمیایی تعیینکننده کیفیت برنج و عوامل موثر بر کارایی کیفیت دانه برنج از جمله فعالیتهای متابولیک قند و نشاسته و بیان ژن صفات کیفی برنج تحت تاثیر تنش گرمایی، مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت بررسی قابلیت اصلاح ارقام برنج برای مقابله با تنش گرمایی مرور گردید. در بحث اصلاح برای تحمل گرما در برنج، وراثتپذیری و تنوع ژنتیکی صفات مرتبط با تحمل تنش، نتایج مطالعات صورت گرفته در زمینه شناسایی QTLهای مرتبط با تحمل گرما، کاربرد روشهای کلاسیک جهت معرفی ارقام متحمل به گرما و جهش القایی در اصلاح برنج برای افزایش تحمل تنش گرمایی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داده است گیاه برنج میتواند تنش گرمایی غیرکشنده را با اجتناب، فرار یا تغییرات فیزیکی در سطح سلولی مانند تغییر وضعیت فیزیکی غشاء، سنتز پروتئینهای شوک حرارتی تخصصی و دفاع ضد اکسیداتیو تقویت شده، تحمل کنند. تغییرات در وضعیت فیزیکی غشاء و ترکیبات آن، تولید پروتئینهای شوک حرارتی، عوامل رونویسی، اسمولیتها و افزایش سطح دفاع آنتیاکسیدانی، فرآیندهای کلیدی برای حفظ تعادل اکسایش- کاهش سلولی در تنش گرمایی هستند. بررسی تغییرات کیفی برنج تحت تنش گرما نشان داد که کاهش سطح آنزیمها در سنتز ساکارز و نشاسته آسیب قابلتوجهی به عملکرد و کیفیت دانه در هوای گرم وارد میکند. همچنین، شناسایی چندین QTL برای تحمل گرما، جهش القایی، اصلاح کلاسیک با استفاده از تلاقی واریته باکیفیت و واریته مقاوم به تنش گرمایی، نتایج مطلوبی در زمینه شناسایی و معرفی ارقام مقاوم به تنش گرمایی داشته است. بر اساس نتایج بررسی شده میتوان این نتیجهگیری را حاصل نمود که تنش گرمایی، شرایط اجنتابناپذیری در کشت برنج است؛ بنابراین شناسایی و مرور تغییرات فیزیولوژیک آن میتواند بسیار حائز اهمیت باشد و به تعیین اهداف اصلاحی مناسب کمک نماید.
