به نام خدا
موضوع تحقیق:بیوتکنولوژی جنگل
مقدمه حدود 30 درصد از سطح کره زمین به وسیله جنگل ها پوشیده شده است که 25 درصد از آن در قاره اروپا و فدراسیون روسیه و بقیه در سایر نقاط جهان قرار دارند (کل مساحت جنگل های دنیا تقریبا 9/3 میلیارد هکتار است). جنگل ها و مراتع از حیث تامین مواد غذایی جامعه، مصنوعات چوبی، محصولات کاغذی، تامین تعداد زیادی از مایحتاج عمومی جامعه، جلوگیری از فرسایش و از بین رفتن خاک و حفظ آب و نزولات آسمانی، نقش مهمی را در اکوسیستم های طبیعی ایفا می نمایند. بنابراین تلاش برای جلوگیری از نابودی این منابع برای حفظ حیات انسان و همچنین کسب درآمد از این منابع طبیعی، از اهمیت حیاتی برخوردار است.
جنگل ها، سرمایه های ملی هر کشور محسوب می شوند که حفاظت و استفاده صحیح از آنها، علاوه بر ثروت آفرینی، بقای محیط زیست را نیز تضمین می نماید. در مطالب بعدی، راهکارهای بیوتکنولوژی جهت حفظ و استفاده مناسب از این سرمایه های ملی، ذکر گردیده است
به کارگیری بیوتکنولوژی جهت حفظ و استفاده بهینه از جنگل ها
به طور کلی، بیوتکنولوژی از طرق زیر می تواند در زمینه حفظ و بهره برداری بهینه از جنگل ها و مراتع مفید واقع شود:
1- کشت سلول و بافت
با استفاده از روش های کشت بافت می توان گونه های درختان جنگلی در معرض انقراض را که در شرایط طبیعی قادر به تکثیر نیستند، از نابودی نجات داد. برای حفظ این گونه ها، بیوتکنولوژی با هدف تکثیر انبوه در شرایط کنترل شده آزمایشگاه و سپس کشت آنها در عرصه های طبیعی، نقش حیاتی در حفظ گونه های جنگلی در حال زوال ایفا می کند. در حال حاضر در شمال کشور گونه هایی مانند نارون، هزار، زبان گنجشک و نیز گونه هایی از درختان جنگل های زاگرس با این مشکل مواجه هستند که برای جلوگیری از انقراض آنها می توان از روش های بیوتکنولوژی استفاده کرد.
یکی دیگر از موارد استفاده از تکنیک کشت بافت در بخش جنگل، کوتاه کردن دوره تجدید نسل درختان جنگلی و همچنین کوتاه
کردن زمان مورد نیاز برای دستیابی به پایداری فنوتیپی در درختان جنگلی می باشد.
2- نشانگرهای مولکولی
2-1- شناسایی سریع و به موقع ژنوتیپ ها
2-2- انتخاب بر اساس نشانگر به منظور بهبود کمی و کیفی فرآورده های جنگلی
2-3- کاربرد نشانگرها در استفاده صنعتی از جنگل ها
2-4- سایر کاربردهای نشانگرها
از جمله کاربردهای دیگر نشانگرهای مولکولی در بخش جنگل موارد زیر است:
شناسایی کلون های برتر، شناسایی آلودگی جنگل ها، برآورد تنوع ژنتیکی به منظور استفاده از آن در استراتژی های نمونه گیری، حفاظت ژنتیکی و حفاظت از کلکسیون های جمعیت های اصلاحی. ارزش واقعی نشانگرها را می توان در به کارگیری آنها در تحقیقاتی دید که جهت فهم مکانیزم های پایه ژنتیکی و فیزیولوژیکی صورت می گیرند.هم اکنون تحقیقات هدفمندی در جهت شتاب دهی به توسعه استفاده و بکارگیری نشانگرهای مولکولی جهت غربال گری گونه های جنگلی در سطح دنیا در حال انجام است.
3- مهندسی ژنتیک
برخی از استراتژی های اصلاحی در درختان جنگلی، بر روی افزایش کمی صفاتی است که از قبل وجود داشته اند. در حالی که در برخی از استراتژی ها، هدف، وارد کردن صفاتی جدید به گیاه میزبان است. تکنیک های DNA نوترکیب در هر دو مورد می تواند موثر باشند. مهندسی ژنتیک می تواند جهت اصلاح درختان جنگلی در زمینه های مختلفی به کار رود. برخی از این زمینه ها عبارتند از:
3-1- ایجاد گونه های جنگلی مقاوم به آفات و بیماری ها
یکی از روش های حفظ گونه های مهم جنگلی، حفاظت آنها از آفات و بیماری های شایع است. گفتنی است که تعدادی از گونه های مهم جنگلی که از اهمیت زیادی برخوردارند، در جنگل های صنعتی شمال کشور، در اثر حمله برخی از بیماری هایی که اپیدمی شده اند، رو به انقراض و نابودی هستند (از جمله بیماری مرگ درختان نارون). برای جلوگیری از زیان وارده و انقراض این گونه ها، اقدامات جدی باید به عمل آید. از طرفی، استفاده از سموم، موجب برهم خوردن تعادل زیست محیطی، صرف هزینه زیاد و مقاومت تدریجی آفات به سموم می شود و از نظر عملی نیز کاربرد سموم در چنین سطح گسترده ای امکان پذیر نیست. در این رابطه می توان از روش های مطمئن و بدون زیان های زیست محیطی مانند انتقال ژن های مقاوم به عوامل قارچی و باکتریایی بیماری زا، استفاده کرد. برای جلوگیری از زیان حشرات، می توان ژن هایی را که کدکننده یکسری مواد کشنده حشرات هستند به گیاه منتقل کرد و گیاه را در برابر حمله آفات، مقاوم ساخت. در این رابطه، انتقال ژن Bt به درختان جنگلی، معمول ترین شیوه ای است که تاکنون استفاده شده است. برای مثال، در سال 1990، حدود 60 درصد از کل برنامه های کنترل آفات در آمریکای شمالی، به خصوص مبارزه با کرم جوانه (Budworm) و نوعی پروانه (Gypsy moth) با استفاده از باکتری Bt انجام شده است.
البته محدودیتی که در استفاده از Bt وجود دارد، این است که طیف عمل باکتری Bt بسیار باریک است، یعنی تنها بر گروهی از آفات تاثیرگذار است. همچنین نور آفتاب می تواند اسپور و سم این باکتری را غیرفعال کند. البته بیوتکنولوژی توانسته است با شناسایی و انتخاب باکتری های اصلاح شده موثرتر و همچنین تکنولوژی DNA نوترکیب، نقش مهمی را در ایجاد مقاومت درختان جنگلی به آفات بازی نماید. آمارهای مربوط به کشور آمریکا نشان می دهد، سالانه یک میلیارد دلار بر اثر حمله حشرات و بیماری ها به جنگل های این کشور خسارت وارد می آید. اگر مطالعه ای جامع در مورد خسارت ناشی از آفات و بیماری در کشور صورت گیرد، مشخص می شود که رقم ضرر و زیان در کشور ما نیز بالا است. مثال های موفقی که در زمینه تولید درختان مقاوم به حشره در سطح دنیا وجود دارد عبارتند از: صنوبر، کاج و اکالیپتوس مقاوم به حشره.
3-2- ایجاد گونه های جنگلی مقاوم به تنش های غیر زنده(سرما، خشکی، شوری و غیره)
از جمله فاکتورهای محدودکننده کشت گونه های جنگلی در برخی مناطق، وجود شرایط نامساعدی چون کمبود آب، شوری خاک و سرما است. روش های بیوتکنولوژی برای غلبه بر این محدودیت ها نیز مورد استفاده قرار می گیرند. در این زمینه، استراتژی های مختلفی وجود دارد که از آن جمله انتقال ژن های مقاومت در برابر تنش های محیطی به گونه های حساس است. برای مثال، انتقال ژن های القاپذیر در مقابل تنش کم آبی، گرما و سرما به گیاهان، برای تحمل شرایط کمبود آب و نیز تولید پایه های مقاوم به شوری که امکان استقرار گونه ها را در زمین های شور فراهم آورد. در ارتباط با عرصه های جنگلی کشور، کمبود آب و نزولات جوی، به ویژه در جنگل های زاگرس، از عوامل عمده کاهش رشد و استقرار گونه ها است. با توجه به گستره وسیع این جنگل ها و اهمیت آنها از نظر اکولوژیکی و نیز حفظ خاک و نزولات آسمانی، تحقیقات پیرامون حل مشکلات فراروی این جنگل ها، حایز اهمیت ملی است. در این رابطه تولید پایه های مقاوم در مقابل تنش های خشکی با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، اهمیت به سزایی در حفظ منابع طبیعی کشور دارد.
3-3- افزایش تولید چوب
3-4- بهبود کیفیت چوب مورد استفاده در صنعت کاغذسازی
کیفیت چوب، یکی از الزامات صنعت کاغذسازی است. در صنعت کاغذسازی، چوبی با کیفیت محسوب می شود که میزان سلولز آن زیاد و میزان لیگنین آن پایین باشد. در روش های سنتی، برای جداسازی لیگنین از چوب، از مواد شیمیایی استفاده می شود که گاهاً خطرناک و نیازمند صرف انرژی و هزینه زیاد است. بنابراین افزایش نسبت سلولز به لیگنین از طریق ژنتیکی، علاوه بر افزایش کیفیت چوب و همچنین افزایش رشد درختان، می تواند آلودگی های حاصل از کارخانجات کاغذسازی را کاهش دهد. در این زمینه، مهندسی ژنتیک از طریق راه کار آنتی سنز (Antisense) می تواند بیوسنتز لیگنین را اصلاح کرده و درصد آن را در چوب کاهش دهد و بنابراین هزینه های تولید خمیر کاغذ و به همان اندازه مصرف مواد شیمیایی و انرژی را در ساخت خمیر کاغذ کاهش دهد.
محدودیت های استفاده از مهندسی ژنتیک در بخش جنگل و افق های آینده
یکی از محدودیت های استفاده از مهندسی ژنتیک در بخش جنگل، نگرانی از فرار ژن های مهندسی شده، به درون جمعیت های وحشی است که احتمال می رود به مرور زمان، الگوی طبیعی جنگل را دچار تغییر کند. البته این نگرانی را می توان از طریق تولید درختان مهندسی شده عقیم، تا حدود زیادی مرتفع کرد.
فاکتور مهم دیگری که استفاده از مهندسی ژنتیک را در گونه های جنگلی محدود می سازد، عدم وجود دانش کافی در مورد زیربنای مولکولی صفاتی در درختان است که از لحاظ صنعتی برای انسان مهم تر هستند و ارتباط بیشتری با رشد درختان و کیفیت چوب دارند. این محدودیت نیز با تکمیل ژنوم برخی درختان مهم جنگلی، مانند صنوبر، کاج، سپیدار و همچنین ایجاد بانک های اطلاعاتی EST در حال رفع شدن است.
محققین بر این باورند که پیشرفت دانش مولکولی با ساخت نقشه های ژنی و توالی یابی ژنوم گونه های جنگلی این امکان را فراهم کرده است تا دستورزی چندین ژن به طور همزمان برای دستیابی به صفات اقتصادی مهم، قابل انجام شود.
خلاصه:
در مطالب فوق، مشاهده شد که بیوتکنولوژی می تواند در بخش جنگل نیز مانند سایر زمینه ها، بسیار مفید واقع شود. بنابراین با توجه به وسعت زیاد جنگل ها و مراتع کشور (سطح جنگل های کشور بالغ بر 12 میلیون هکتار است که از این سطح، حدود 5/1 میلیون هکتار جنگل های صنعتی خزری، 5,4 میلیون هکتار جنگل های منطقه زاگرس و بقیه جنگل های پراکنده مرکزی، جنوبی و ارسباران است) و اهمیت حیاتی این منابع، هرگونه تحقیقی که منجر به افزایش تولید و یا دفع ضایعات این بخش شود، منجر به بازده کلان اقتصادی خواهد شد.
جنگل ها و مراتع کشور، از منابع طبیعی تجدیدشونده هستند و برای حل مشکلات این منابع باید به گونه ای عمل کرد که موجب به بار آمدن ضایعات زیست محیطی نشود و با حداقل سرمایه گذاری بتوان به حداکثر بهره برداری زسید. کاربرد بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک با هدف افزایش بازده از یکسو و جلوگیری از خسارات و ضایعات از سوی دیگر، این امکان را به وجود می آورد تا با حداقل ضایعات زیست محیطی و صرف حداقل سرمایه به حداقل رسیده، تولید در سطح کلان افزایش یافته و توسعه پایدار محقق شود. علاوه بر این، در صورت توجه بیشتر به بیوتکنولوژی جنگل، امکان اشتغال زایی مناسبی وجود دارد.
منابع:
JANGAL.COM
1ـ نادری شهاب ، محبت علی. 1377. تحقیقات بیوتکنولوژی در راستای افزایش بازده جنگلها و مراتع . رهیافت ، شماره 19.
2- Campbell, M. M., A. M. Brunner, H. M. Jones, and S. H. Strauss. 2003. Plant Biotechnology Journal (1) 141-154.
3- Gartland, K. M. A., R. C. Kellison, T. M. Fenning. 2002. Forest Biotechnology and Europe’s Forests of the Future. A Challenge Document for Presentation and Discussion at Forest Biotechnology in Europe: Impending Barriers, Policy, and Implications Edinburgh, Scotland. http://www.forestbiotech.org/pdffiles/europe.pdf.
4- Globerman, S., I. B. Vertinsky. 1995. Forest Biotechnology in Canada: Analysis of Intellectual Property Rights and Protection of Higher Life forms. http://collection.nlc-bnc.ca/100/200/301/ic/ippd-dppi/forest_biotechnology-e/globeref.pdf.
5- Kirk, T.K.1994. Technical overview of forest biotechnology research in the U.S. Proceedings of the 6th international Conference on Biotechnology in the Pulp and Paper Industry: Advances in Applied and Fundamental Research. Pp 3-8