ژنتیک و اصلاح نباتات

[GolBarg]

ژنتیک و اصلاح نباتات

ژنتیک و اصلاح نباتات
مقدمه

اصلاح نبات و دام یکی از صور تکامل است. و قوانین حاکم بر تکامل مصنوعی شبیه قوانین حاکم بر تکامل طبیعی است اما با این تفاوت که سیر تکاملی مصنوعی سریعتر بوده، چون بشر روند تکامل را کنترل می‌کند. در حالی که تکامل طبیعی تصادفا صورت می‌گیرد. بر این اساس ، در دوره‌های مختلف توجه اصلاح کنندگان به گیاهان صنعتی جلب شده است. بنابراین گیاهانی مورد مطالعه اصلاح کنندگان قرار می‌گیرند که دارای ترکیبات شیمیایی مخصوص باشند. مثلا دارای ترکیبات دارویی خاصی باشند. بنابراین ، اصلاح کنندگان ، مثل گذشته دنبال اهلی کردن یک گیاه وحشی نیستند بلکه تکیه آنها بر روی ژنهای مفید موجود در گیاهان وحشی می‌باشد که ایجاد مقاومت بالایی به امراض می‌کنند.

تاریخچه و سیر تحولی و رشد

1. دوره اول: در این دوره انسان بدون شناخت نظام تولید مثل گیاهان ، برای اولین بار به کشت و تولید مصنوعی گیاهان تحت شرایط کنترل شده اقدام نمود. در این دوره انسان ، گیاهان برتر و مطلوب را ذخیره و نگهداری می‌کرد و به این ترتیب عمل انتخاب ناخود آگاه صورت گرفت. با مرور زمان اهلی کردن حیونات نیز آغاز شد بنابراین کشت گیاهان همراه با اهلی نمودن دامها انجام شد.
2. دوره دوم: در این دوره انسان به نظام تولید مثل گیاهان پی برد و به آمیزش گونه‌های مختلف گیاهان پرداخت. اما هنوز اصول علمی ژنتیک کشف نشده بود و تلاقی گونه‌ها بطور تصادفی و به عنوان یک نوع هنر صورت می‌گرفت.
3. دوره سوم: این دوره با آزمایشات دقیق مندل آغاز شد، بعد از کشف قوانین مندل (1900)، اصول علمی اصلاح نباتات بر اساس قوانین ژنتیک توجیه شد. در این مرحله ، ژنهایی مورد توجه قرار گرفتند که اثرات زیادی در بیان صفات داشتند مثل ژن مربوط به رنگ.

اصول ژنتیکی تکامل گیاهان

از نظر علم ژنتیک ، اصلاح نباتات و تکامل نقاط مشترک زیادی دارند. در هر دو حالت نیاز به وجود تنوع گیاهی و انجام انتخاب روی فرمهای مفید می‌باشد. بنابراین تاثیر تکامل بر روی ژنتیک گیاهان از چهار طریق صورت می‌گیرد.

1. تنوع مندلی: در حالت طبیعی اغلب موتاسیونهای ژنی ایجاد گیاهان ضعیف می‌کند که در اثر تنازع بقا از بین می‌روند. اما در برخی موارد موجب ایجاد سازش بیشتر با محیط می‌شوند و از این نظر مورد توجه اصلاح کنندگان قرار می‌گیرند و در اثر متراکم شدن چندین موتاسیون ژنی مفید ، یک گیاه اهلی ایجاد می‌شود. که این گیاه اهلی در اثر انتخاب طبیعی یا مصنوعی تکثیر پیدا کرده و جای گونه‌های ضعیف قبلی را می‌گیرد.
2. هیبریداسیون بین گونه‌ای: وقتی گونه‌ها از نظر تاکسونومی (رده بندی) بهم نزدیک باشند، ممکن است تلاقی آنها ایجاد فرمهای باارزشی از نظر کشاورزی را بنمایند. و اگر این تلاقی بین گونه‌های دور از هم اتفاق افتد به این اینتروگرسیون گویند که در اکثر مواقع ، گونه تازه ایجاد شده عقیم است یا در نسلهای بعدی گیاهانی بدست می‌آیند که از هر دو گونه پدر و مادری ضعیف‌تر می‌باشند به خاطر همین تکثیر اینها با روشهای غیر جنسی صورت می‌گیرد.
3. اتو پلوئیدی: افزایش تعداد دسته‌های کروموزومی را در یک گونه ، اتو پلوئیدی گویند. این گیاهان دارای سه یا چندین سری کروموزومند و وقتی با گیاهان دیپلوئید مقایسه می‌شوند دارای سلولهای بزرگتر با هسته‌های درشت می‌باشند. اما اینها در صورتی که تریپلوئید باشند دارای درجه تلقیح کمتری هستند و اصولا بذر تولید نمی‌کنند که در این صورت تکثیر اینها به واسطه پارتنوکارپی (بکرزایی) صورت می‌گیرد.
4. آلو پلوئیدی: زمانی که دو گونه با ژنومهای مختلف باهم تلاقی پیدا کنند، و بعد تعداد کروموزومها در فرزندان آنها ، دو برابر شود الو پلوئیدی انجام شده است. معمولا هیبرید بین دو گونه با ژنومهای مختلف عقیم است، اما وقتی تعداد کروموزومها دو برابر شود، گیاه زایا می‌شود.

موارد موثر بر اصلاح نباتات

انتخاب

از تلاقی گونه‌های مختلف با ژنومهای مختلف ، نتاج (فرزندان) مختلفی ایجاد می‌شود. نتاجی که دارای سازش بیشتری با محیط زیست هستند توسط انتخاب طبیعی نگهداری و سایر نتاج به مرور زمان از بین می‌روند. به انتخابی که به واسطه انسان ، صورت می‌گیرد انتخاب مصنوعی گفته می‌شود. در برخی موارد انتخاب مصنوعی و طبیعی هم جهت باهم صورت می‌گیرد. ولی گاها دارای جهتهای مختلفی می‌باشند. زمان تاثیرگذاری به انتخاب مصنوعی کمتر است چرا که در کنترل انسان می‌باشد. مهمترین وظیفه اصلاح کننده در این مرحله عبارتست از اینکه از بین گیاهان مختلف حاصله تشخیص دهد که کدام گیاه مفیدتر بوده و باید نگهداری شود.


رانده شدن ژنتیکی

منظور از رانده شدن ژنتیکی ، کم و زیاد شدن تصادفی وفور نسبی ژنها در گیاهان می‌باشد که تغییر وفور نسبی ژنها بستگی به طرز انتخاب زارعین و حجم جامعه گیاهی دارد. اگر جامعه گیاهی کوچک باشد، و فقط چند بوته از یک سال برای سال بعد ، بذرگیری شود در این حالت بعضی از ژنها از نسلی به نسل بعد انتقال نمی‌یابد و به موازات این ، جامعه گیاهی دیگری ، فرصت گسترش ژنهای خود را می‌یابد. در رانده شدن ژنتیکی ، انتخاب طبیعی یا مصنوعی دخالتی ندارد و فقط تصادف و شانس است که وفور نسبی ژنها را تغییر می‌دهد.

کاربردهای اصلاح نباتات

1. افزایش عملکرد محصولات: انقلاب سبز ، به مسئولیت آقای نورمن بورگاف ، در اواسط قرن بیستم ، این نتیجه را داد که اگر کشت ، داشت و برداشت ، با تکنیکهای مدرن کشاورزی همراه باشد، بازدهی واریته‌های اصلاح شده به حداکثر می‌رسد.
2. مقاومت به امراض و آفات گیاهی: متاسفانه همراه با وسعت دادن به نژادهای جدید نباتات ، امراض جدید نیز ایجاد می‌گردد و بنابراین مقاومت دائمی امکان پذیر نمی‌باشد و بایستی مداوما اصلاح برای مقاومت در برابر امراض و آفات گیاهی صورت پذیرد.
3. وسعت دامنه کشت: برخی از واریته‌های گیاهی را در مناطق با شرایط اقلیمی خاص می‌توان کاشت با تغییر برخی از صفات گیاهان ، می توان آنها را در محیط متفاوت هم کشت داد.
4. تغییر کیفیت محصولات گیاهی: با گذشت زمان و صنعتی شدن جوامع انسانی ، توقعات افراد بشر تغییر می‌کند بنابراین باید استاندارد محصولات کشاورزی را متناسب با ذائقه افراد تغییر داد. امروزه اصلاح کنندگان توجه زیادی به کیفیت محصول می‌نمایند چون نه تنها باید عملکرد واریته جدید نسبت به واریته‌های قدیمی زیادتر باشد بلکه کیفیت محصول از نظر چیدن ، حمل و نقل و استفاده در صنایع غذایی هم متناسب باشد.
5. ماشینی نمودن برداشت نباتات: در برخی از نباتات مثل ذرت خوشه‌ای و گندم ، رشد بیش از حد ساقه و خوابیدگی بوته‌ها ، افت قابل توجهی را در برداشت ماشینی ایجاد کرده است. برای رفع این مشکل اصلاح کنندگان ، به تولید واریته‌های پا کوتاه پرداختند و واریته‌های مناسب برداشت ماشینی را تولید کردند.
6. واریته‌های هیبرید: یکی از مهمترین عوامل افزایش محصول استفاده از پدیده هتروزیس می‌باشد که در واریته‌های هیبرید ظاهر می‌گردد. چرا که در این روش ، سعی در تجمع دو صفت مختلف از نظر ژنتیکی و ایجاد یک صفت مناسب می‌باشد و این بدست نمی‌آید دیگر با انجام آزمایشات مکرر هیبریداسیون.