تهدیدی برای غذای بشر: تنش خشکی

مقدمه:

تغییرات آب و هوایی و افزایش جمعیت، امنیت غذایی را برای انسان به خطر انداخته است. تنش خشکی و گرما از عوارض این تغییرات هستند، که تاثیر نامطلوبی بر عملکرد و تولید محصولات کشاورزی و در نتیجه تامین غذای بشر دارند.

با توجه به دمای کره‌ی زمین که به طور میانگین هر 10 سال، 0.2 درجه سانتی گراد، افزایش می‌یابد و همچنین تغییر الگو بارندگی، احتمال بروز تنش خشکی و خسارت به دمای بالا نیز به شدت افزایش یافته است. بالا بودن دما و نبود رطوبت تا حد زیادی عملکرد محصولات کشاورزی را کاهش می‌دهند، حتی می‌توان گفت این نوع تنش بیشترین خسارت را نسبت به دیگر عوامل محیطی به گیاهان وارد می‌کند به طور مثال، تولید جهانی گندم به ازا هر درجه سیلسیوس افزایش دما، 6% کاهش می‌یابد (Asseng و همکاران.، 2015). بنابراین شناخت عوامل موثر و فرآیندهای درون سلولی‌ ناشی از این تنش‌ها، می‌تواند در مدیریت و کنترل خسارت‌های ناشی از این معضل، مفید و سودمند باشد. با قرار گرفتن گیاهان تحت تنش دمایی و کم آبی، خسارت‌های فیزیکی، نا به سامانی‌های فیزیولوژیک و تغییرات بیوشیمیایی در سلول‌ها رخ می‌دهد. و بسیاری از  فرآیندها مانند فتوسنتز، تقسیم سلولی، عملکرد آنزیم‌ها و صدمه به غشا سلولی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

در این مقاله قصد داریم، پاسخ گیاهان به شرایط تنش و راهکارهایی برای کنترل و پیشگیری از خسارت خشکی و گرما را مورد بررسی قرار دهیم.

اثرات تنش خشکی و دمای بالا بر گیاهان

اگر میزان آب در دسترس ریشه گیاهان کاهش یابد و یا آبی که از طریق تبخیر و تعرق از روزنه‌های گیاه خارج می‌شود، افزایش یابد.، تنش خشکی رخ می‌دهد (Anjum و همکاران.، 2011). از آنجایی که تنش خشکی به عوامل محیطی مانند میزان بارش، رطوبت محیط، نوع بافت خاک (از نظر ظرفیت نگهداری آب) و میزان تبخیر و تعرق گیاهان بستگی دارد، پدیده‌ای غیر قابل پیش بینی به شمار می‌رود. واکنش گیاهان به تنش خشکی به طور کلی بر اساس گونه گیاهی، مرحله رشد و عوامل محیطی دیگر، متفاوت خواهد بود.

اولین تاثیر منفی تنش خشکی در جوانه زنی بذور و ضعف در عملکرد نهال‌های کوچک بروز می‌کند (Kaya  و همکاران.، 2006). تقسیم و رشد سلول‌ها و همچنین بزرگ شدن سلول‌ها که تحت تاثیر میزان آب درون سلولی است، در شرایط خشکی و کم آبی، به مراتب کم می‌شود (Rucker.، 1995) (Taiz  وZeiger، 2006).

تنش گرما دارای تاثیرات منفی مانند سوختگی و ریزش برگ‌ها، کاهش رشد، تغییر رنگ برگ‌ و میوه‌ها است (Ismail و Hall.، 1999). درون یک گل، بساک و پرچم‌ها دارای حساسیت بیشتری نسبت به دمای بالا در مقایسه با مادگی گل هستند، تحت دمای بالا آسیب می‌بینند، از بین می‌روند و در نتیجه گرده افشانی و تلقیح گل‌ها به خوبی انجام نمی‌شود. در آخر نیز کیفیت و کمیت محصولات نیز دچار افت می‌شود. مثلا، دمای بالا در برنج موجب کاهش تعداد خوشه، در این محصول می‌شود (Prasad و همکاران.، 2006).

تحت تنش دمایی عملکرد آنزیم‌ها از آنجایی که به دمای بالا حساس هستند دچار اختلال می‌شود و حتی ممکن است دمای بالا منجر به تخریب آنزیم‌ها شود و به طور کلی فعالیت سلول را تحت تاثیر قرار ‌دهد.( Ahmadi و Baker، 2001).

عملکرد گیاهان به یک سری از فرآیندهای پیچیده بستگی دارد که متاسفانه تنش خشکی و گرما بر تمامی این فرآیندها دارای اثر سوء و نامطلوب است . در جدول زیر تاثیر تنش خشکی بر عملکرد گیاهان مختلف نشان داده شده است.

چگونه گیاهان مقاوم‌تری داشته باشیم؟

داشتن گیاهان مقاوم به تنش خشکی وگرما تنها با انتخاب ارقام مناسب و تکنیک‌های صحیح کشاورزی، حاصل می‌شود (Wahid و همکاران.، 2007). در این مقاله مهم ترین و کاربردی ترین روش‌ها را در اختیار شما قرار می‌دهیم:

1. مدیریت خاک
2. آبیاری مناسب
3. کاربرد مالچ
4. مدیریت تغذیه صحیح گیاهان

مدیریت تغذیه گیاهان از موثرترین روش‌ها برای افزایش مقاومت در گیاهان است. از آنجایی که تحت تنش دمایی، جذب عناصر غذایی از خاک دچار اختلال شده و کاهش می‌یابد، کاربرد محلول پاشی عناصر غذایی برای تامین نیاز گیاهان در این شرایط بسیار مهم است(Waraich و همکاران.، 2012). عناصری مانند پتاسیم و روی دو عنصر کم تحرک در گیاهان هستند این دو عنصر در کنار عنصر بور برای افزایش مقاومت گیاهان در برابر شرایط تنش، برای فعال کردن آنزیم‌های آنتی اکسیدانی لازم و ضروری هستند. همچنین محلول پاشی این عناصر با بهبود فتوسنتز و تاخیر در ریزش میوه‌ها و افزایش کمیت محصولات همراه است(Adiloglu و همکاران.، 2006). از دیگر اثرات مهم پتاسیم و روی می‌توان به نقش آنها در مدیریت پتانسیل اسمزی و حفظ آب سلول‌ها  برای افزایش مقاومت در برابر تنش‌خشکی و دمای بالا، اشاره کرد. دسترسی گیاه به عنصر بور، به تبادلات گازی از سطح برگ در گیاهان در شرایط تنش نیز کمک می‌کند (Marschner و همکاران.، 2012).

با توجه به تحقیقات صورت گرفته به منظور تامین عناصر پتاسیم و روی می‌توان از کودهای حاوی پتاسیم قابل توجه تولید شده در کمپانی امکس مانند سکوئنشیال2، سکوئنشیال 2 پلاس و همچنین کود کینگ فول روی برای بهبود مقاومت گیاهان در برابر تنش خشکی و دمای بالا، استفاده کرد.

کاریرد محرک‌های رشد گیاهان نظیر سایتوکنین، اکسین و عصاره جلبک‌ها نیز یکی از روش‌های مفید در القا مقاومت به تنش‌های خشکی با افزایش پتانسیل گیاه در حفظ آب و محتوی کلروفیل، می‌باشد (Zhang و همکاران.، 2004). به طور مثال کاربرد هورمون اکسین در ذرت‌های تحت تنش خشکی، با افزایش عملکرد همراه بوده است (Zhang و همکاران.، 2004). همچنین تحقیقات اخیر نشان داده‌اند، کاربرد هورمون اکسین در فصل بهار و تابستان بر روی گل رز (Rose hybrida L.) منجر به کاهش تنفس و  افزایش ماندگاری گل شده است (Monteiro و همکاران.،2001).

بنابراین کاربرد کودهایی که حاوی محرک رشد هستند مانند کود بیو بیست گلد امکس که حاوی عصاره جلبک Ecklonia maxima )کلپک( است، با داشتن مقادیر مناسبی از محرک‌های رشد مانند اکسین و سایتوکنین به گیاهان در  پاسخ به شرایط نامساعد محیطی کمک می‌کنند. و همچنین کود سی استار اف امکس غنی شده با جلبک لامیناریا ، می‌توانند با ترشح مولکول‌های محرک القاء سیستم دفاعی در پاسخ به عوامل تنش‌زا بسیار مفید باشند.

یکی دیگر از ترکیبات تاثیر گذار در واکنش گیاهان به تنش‌ها، آمینواسیدها هستند، آمینواسیدها در گیاهان نقش‌های زیاد و موثری دارند، به طور مثال در تعیین سطح و میزان آب سلول‌ها با کنترل فعالیت سلول‌های نگهبان روزنه، انتقال یون‌هایی مانند پتاسیم و باز و بسته شدن روزنه های سطح برگ نقش دارند (D’Mello ، 2015). هم چنین با تاثیر بر ژن‌ها، بیان شدن آنها را نیز کنترل می‌کنند و در حفظ پایداری سلول مفید هستند. کاربرد آمینواسیدهای سنتز شده برای گیاهان بسیار مفید است، زیرا گیاه برای تولید آمینواسیدها انرژی مصرف نمی‌کند، این انرژی را ذخیره و از آن برای فعالیت‌های ضروری دیگر استفاده می‌کند. بنابراین اسیدهای آمینه برای متعادل شدن شرایط گیاه، پس از مواجه شدن با تنش می‌تواند موثر باشد. مثلا پرولین با حفظ پایداری سلول‌ها، از گیاهان در برابر خسارت های ناشی از تنش محافظت می‌کند (Szabados و Savoure، 2010).

به همین منظور کاربرد کودهای حاوی درصد قابل توجهی از انواع آمینواسیدهای موثر در بهبود سیستم دفاعی گیاهان مانند آمینور، تولید شده کمپانی امکس انگلستان، می‌توانند در القا و بهبود مقاومت در برابر تنش‌ها به گیاهان کمک کنند.

فهرست برخی منابع استفاده شده در این مقاله:

1. Environmental Adaptations and Stress Tolerance of Plants in the Era of Climate Change pp 135-15
2. Ahmad, P., C.A. Jaleel, M.A. Salem, G. Nabi, and S. Sharma. 2010. Roles of enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic stress. Crit. Rev. Biotechnol. 30:161–175
3. Dixon, R.A. 2001. Natural products and plant disease resistance. Nature 411:843–847.
4. Gill, S.S. and N. Tuteja. 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Biochem. 48:909–930
5. Jinyu Wang Department of Plant Biology and Pathology, Rutgers University, Foran Hall, 59 Dudley Road, New Brunswick, NJ 08901
6. Waraich, E., Ahmad, R., Halim, A. & Aziz, T. Alleviation of temperature stress by nutrient management in crop plants: a review. Journal of soil science and plant nutrition 12, 221–244 (2012)
7. Ahmad, P. & Prasad, M. N. V. Abiotic stress responses in plants: metabolism, productivity and sustainability. (Springer Science & Business Media, 2011).
8. Adiloglu, A. & Adiloglu, S. The effect of boron (B) application on the growth and nutrient contents of maize in zinc (Zn) deficient Research Journal of Agriculture and Biological Sciences 2, 1–4 (2006).
9. Dordas, C. Foliar boron application affects lint and seed yield and improves seed quality of cotton grown on calcareous soils. Nutrient Cycling in Agroecosystems 76, 19–28 (2006).
10. Oosterhuis, D. M. Physiological aspects of potassium deficiency in cotton. Special Reports-University Of Arkansas Agricultural Experiment Station 183, 61–73 (1997).
11. Marschner, H. Marschner’s mineral nutrition of higher plants. Academic Press Vol. 89 (2012).