کشف یک ماده شیمیایی غیرمعمول که نهال ها را به گیاهان فوق العاده تبدیل می کند
کشف یک ماده شیمیایی غیرمعمول که نهال ها را به گیاهان فوق العاده تبدیل می کند -محققان دریافته‌اند که درمان دانه‌ها با گاز اتیلن باعث افزایش رشد و تحمل استرس آنها می‌شود.
این کشف که شامل افزایش فتوسنتز و تولید کربوهیدرات در گیاهان است، یک پیشرفت بالقوه در بهبود عملکرد محصول و انعطاف پذیری در برابر عوامل استرس زای محیطی ارائه می دهد.
مانند هر موجود دیگری، گیاهان نیز ممکن است دچار استرس شوند.
معمولاً شرایطی مانند گرما و خشکسالی است که منجر به این تنش می شود و وقتی تحت تنش قرار می گیرند، گیاهان ممکن است به بزرگی رشد نکنند یا به اندازه کافی تولید نکنند.
این می تواند برای کشاورزان مشکل ساز باشد، بنابراین بسیاری از دانشمندان سعی کرده اند گیاهان را اصلاح ژنتیکی کنند تا انعطاف پذیرتر باشند.
با این حال گیاهانی که برای عملکرد بالاتر اصلاح شده اند ، تحمل تنش کمتری دارند، زیرا انرژی بیشتری را برای رشد نسبت به محافظت در برابر تنش ها صرف می کنند.
به طور مشابه، بهبود توانایی گیاهان برای زنده ماندن در استرس اغلب منجر به گیاهانی می شود که کمتر تولید می کنند زیرا انرژی بیشتری را برای محافظت از آنها صرف می کنند تا رشد.
این معمای بهبود تولید محصول را دشوار می کند .
من در حال مطالعه بودم که چگونه هورمون گیاهی اتیلن رشد و پاسخ های استرس را در گیاهان تنظیم می کند.
در مطالعه ای که در ژوئیه 2023 منتشر شد ، آزمایشگاه من یک مشاهده غیرمنتظره و هیجان انگیز انجام داد.
ما متوجه شدیم که وقتی بذرها در تاریکی جوانه می زنند، همانطور که معمولاً در زیر زمین هستند، افزودن اتیلن می تواند رشد و تحمل استرس آنها را افزایش دهد.
اتیلن یک هورمون گیاهی است
گیاهان نمی توانند به اطراف حرکت کنند، بنابراین نمی توانند از شرایط محیطی استرس زا مانند گرما و خشکسالی اجتناب کنند.
آنها سیگنال های مختلفی را از محیط خود دریافت می کنند، مانند نور و دما که نحوه رشد، رشد و مقابله با شرایط استرس زا را شکل می دهد.
به عنوان بخشی از این مقررات، گیاهان هورمون های مختلفی را می سازند که بخشی از یک شبکه تنظیمی هستند که به آنها اجازه می دهد تا با شرایط محیطی سازگار شوند.
اتیلن برای اولین بار بیش از 100 سال پیش به عنوان یک هورمون گیاهی گازی کشف شد .
از آن زمان، تحقیقات نشان داده است که تمام گیاهان زمینی که مورد مطالعه قرار گرفته اند اتیلن می سازند.
علاوه بر کنترل رشد و پاسخ به استرس، در فرآیندهای دیگری مانند تغییر رنگ برگها در پاییز و تحریک رسیدن میوه نیز نقش دارد.
اتیلن به‌عنوان راهی برای رشد گیاهان
آزمایشگاه من بر چگونگی درک گیاهان و باکتری‌ها اتیلن و نحوه تعامل آن با سایر مسیرهای هورمونی برای تنظیم رشد گیاه تمرکز دارد.
در حین انجام این تحقیق، گروه من به طور تصادفی کشف کرد .
ما در حال انجام آزمایشی بودیم که در آن بذرهایی در یک اتاق تاریک جوانه زده بودند.
جوانه زنی بذر یک دوره حیاتی در زندگی گیاه است که در شرایط مساعد، بذر از حالت خوابیده به گیاهچه تبدیل می شود.
برای این آزمایش، بذرها را به مدت چند روز در معرض گاز اتیلن قرار دادیم تا ببینیم چه تاثیری ممکن است داشته باشد. سپس اتیلن را حذف کردیم.
به طور معمول، این جایی است که آزمایش به پایان می رسد. با این حال، پس از جمع آوری اطلاعات در مورد این نهال، آنها را به یک گاری سبک منتقل کردیم.
این کاری نیست که ما معمولا انجام می‌دهیم، اما می‌خواستیم گیاهان را تا بزرگسالی رشد دهیم تا بتوانیم برای آزمایش‌های آینده بذر تهیه کنیم.
چند روز پس از قرار دادن نهال ها در زیر نور، برخی از اعضای آزمایشگاه مشاهده غیرمنتظره و شگفت انگیزی را انجام دادند که گیاهانی که برای مدت کوتاهی با اتیلن گاز گرفته شده بودند، بسیار بزرگتر بودند .
آنها نسبت به گیاهانی که در معرض اتیلن قرار نگرفته بودند، برگ‌های بزرگتر و سیستم‌های ریشه‌ای طولانی‌تر و پیچیده‌تر داشتند.
این گیاهان در تمام طول عمر خود با سرعت بیشتری به رشد خود ادامه دادند.
در طی فتوسنتز و تثبیت کربن، گیاهان نور خورشید را جذب کرده و آن را به قندهایی تبدیل می کنند که برای رشد از آنها استفاده می کنند.
گروه آزمایشگاهی من نشان داد که افزایش زیادی در تثبیت کربن وجود دارد – به این معنی که گیاهان CO2 بسیار بیشتری از جو دریافت می کنند.
ارتباط با افزایش فتوسنتز، افزایش زیادی در سطح کربوهیدرات در سراسر گیاه است.
این شامل افزایش زیاد نشاسته است که مولکول ذخیره انرژی در گیاهان است و دو قند ساکارز و گلوکز که انرژی سریعی را برای گیاهان فراهم می کند.
تعداد بیشتری از این مولکول ها در گیاه هم با افزایش رشد و هم توانایی بهتر گیاهان برای تحمل شرایط استرس زا مرتبط است .
مطالعه ما نشان می‌دهد که شرایط محیطی در طول جوانه‌زنی می‌تواند اثرات عمیق و طولانی‌مدتی بر روی گیاهان داشته باشد که می‌تواند هم اندازه و هم تحمل تنش را به طور همزمان افزایش دهد.
درک مکانیسم های این امر بیش از هر زمان دیگری مهم است و می تواند به بهبود تولید محصول برای تغذیه جمعیت جهان کمک کند.
نوشته شده توسط براد بایندر، استاد بیوشیمی و زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشگاه تنسی.
گیاه سمت چپ با اتیلن پر نشده بود، در حالی که گیاه سمت راست بود. هر دو گیاه هم سن هستند.
من و همکارانم می‌خواستیم بدانیم که آیا گونه‌های مختلف گیاهی در هنگام جوانه‌زنی بذر در معرض اتیلن تحریک رشد نشان می‌دهند یا خیر. متوجه شدیم که پاسخ مثبت است .
ما اثرات تیمار کوتاه‌مدت اتیلن را روی دانه‌های گوجه‌فرنگی، خیار، گندم و آرگولا در حال جوانه زدن آزمایش کردیم – همه بزرگتر شدند.
اما چیزی که این مشاهدات را غیرعادی و هیجان‌انگیز کرد این است که تیمار مختصر اتیلن همچنین تحمل به تنش‌های مختلف مانند تنش شوری، دمای بالا و شرایط اکسیژن کم را افزایش داد.
اثرات بلندمدت روی رشد و تحمل استرس ناشی از قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض یک محرک اغلب اثرات پرایمینگ نامیده می شود.
شما می‌توانید این موضوع را مانند پر کردن پمپ در نظر بگیرید ، جایی که پرایمینگ کمک می‌کند پمپ را راحت‌تر و زودتر راه‌اندازی کند.
مطالعات به چگونگی رشد گیاهان پس از پرایمینگ در سنین و مراحل مختلف رشد پرداخته اند .
اما پرایمینگ بذر با مواد شیمیایی و تنش های مختلف احتمالاً بیشترین مطالعه را داشته است زیرا انجام آن آسان است و در صورت موفقیت می تواند توسط کشاورزان استفاده شود.
چگونه کار می کند؟
از همان اولین آزمایش ، گروه آزمایشگاهی من سعی کرده‌اند بفهمند که چه مکانیسم‌هایی به این گیاهان در معرض اتیلن اجازه می‌دهند بزرگتر شوند و استرس بیشتری را تحمل کنند.
ما چند توضیح بالقوه پیدا کرده ایم.
یکی این که پرایمینگ اتیلن فتوسنتز را افزایش می دهد، فرآیندی که گیاهان برای تولید قند از نور استفاده می کنند.
بخشی از فتوسنتز شامل چیزی است که تثبیت کربن نامیده می شود ، جایی که گیاهان CO2 را از اتمسفر می گیرند و از مولکول های CO2 به عنوان بلوک های سازنده برای تولید قند استفاده می کنند.
