خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ فناوری هستهای طی دهههای اخیر جایگاه ویژهای در علوم کشاورزی پیدا کرده است. بسیاری تصور میکنند این فناوری تنها به تولید انرژی یا مسائل نظامی و پزشکی محدود میشود، اما در عمل، یکی از حوزههایی که بیشترین بهره را از دستاوردهای هستهای برده، کشاورزی است. در میان انواع کاربردها، استفاده از پرتوها برای اصلاح نباتات و بهبود ویژگیهای تغذیهای گیاهان از اهمیت بالایی برخوردار است.
گندم و جو از اساسیترین غلات جهان هستند که نقش تعیینکنندهای در تغذیه انسان و دام دارند. با توجه به رشد جمعیت جهان و محدودیت منابع، افزایش کمی و کیفی این محصولات به یکی از اهداف کلیدی سازمانهای بینالمللی و پژوهشگران تبدیل شده است. در این میان، کیفیت پروتئین در گندم و جو، بهعنوان معیاری مهم برای ارزش تغذیهای، نیازمند ارتقاست.
فناوری هستهای از طریق القای جهشهای ژنتیکی کنترلشده، امکان توسعه ارقامی را فراهم میآورد که دارای میزان پروتئین بالاتر، کیفیت بهتر و مقاومت بیشتر در برابر تنشهای محیطی باشند. این روش، بدون نیاز به دستکاری مستقیم DNA در سطح مولکولی، تنوع ژنتیکی وسیعی ایجاد میکند که پایهای برای انتخاب ارقام مطلوب خواهد بود.
به این ترتیب، ورود فناوری هستهای به عرصه کشاورزی تنها یک انتخاب فناورانه نیست، بلکه ضرورتی استراتژیک برای تأمین امنیت غذایی آینده بهشمار میآید.
بیشتر بخوانید
اهمیت بهبود کیفیت پروتئین در جو و گندم
گندم و جو بخش عمدهای از رژیم غذایی بشر را تشکیل میدهند. پروتئین موجود در این غلات، منبع اصلی آمینواسیدها برای میلیونها نفر در سراسر جهان است. بااینحال، ترکیب پروتئین گندم و جو بهگونهای است که برخی آمینواسیدهای ضروری مانند لیزین در سطح پایینی قرار دارند.
این مسئله باعث میشود ارزش تغذیهای این غلات، بهرغم نقش کلیدیشان در تأمین انرژی، در سطح مطلوب قرار نگیرد.
بهبود کیفیت پروتئین نهتنها از جنبه تغذیهای اهمیت دارد، بلکه برای صنایع غذایی و دامی نیز حیاتی است. گندمی با درصد بالاتر پروتئین و تعادل بهتر آمینواسیدها میتواند کیفیت نان، ماکارونی و سایر محصولات آردی را افزایش دهد. در جو نیز ارتقای کیفیت پروتئین میتواند خوراک دام را غنیتر کرده و درنتیجه بازدهی تولید گوشت و لبنیات را بهبود بخشد.
از منظر اجتماعی، ارتقای کیفیت پروتئین به کاهش سوءتغذیه در مناطق محروم کمک میکند. سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) بارها تأکید کرده که هرگونه فناوری که منجر به بهبود ارزش غذایی غلات شود، بهطور مستقیم با امنیت غذایی و توسعه پایدار در ارتباط است.
در چنین شرایطی، فناوری هستهای میتواند نقشی مؤثر ایفا کند. پرتودهی و القای جهشها به پژوهشگران این امکان را میدهد که بهجای سالها انتظار برای تغییرات طبیعی، بهسرعت به تنوع ژنتیکی دست یابند و کیفیت پروتئین را بهبود بخشند.
نقش فناوری هستهای در علوم کشاورزی
فناوری هستهای در کشاورزی کاربردهای متعددی دارد: از کنترل آفات با استفاده از تکنیک حشرات عقیم گرفته تا افزایش عمر مفید محصولات کشاورزی با پرتودهی. اما یکی از مهمترین کاربردهای آن، اصلاح نباتات از طریق جهشزایی القایی است.
در این روش، بذرها یا بافتهای گیاهی در معرض پرتوهای یونیزان مانند گاما یا اشعه ایکس قرار میگیرند. این پرتوها با ایجاد تغییرات کوچک در DNA، جهشهایی بهوجود میآورند که برخی از آنها مفید بوده و میتوانند ویژگیهای مطلوبی مانند افزایش پروتئین، مقاومت به خشکی یا بهبود کیفیت دانه ایجاد کنند.
مزیت این روش نسبت به اصلاح سنتی در سرعت و گستره تنوع ژنتیکی است. اصلاح سنتی معمولاً نیازمند چندین نسل تلاقی و انتخاب است، اما با پرتودهی، پژوهشگر میتواند در یک بازه کوتاه، صدها یا هزاران ژنوتیپ جدید برای بررسی داشته باشد.
کاربرد این فناوری در بهبود پروتئین گندم و جو بهویژه ارزشمند است، زیرا امکان اصلاح صفاتی فراهم میشود که در اصلاح سنتی بهسختی قابل دستیابی هستند. همچنین، این روش برخلاف تراریختهسازی، حساسیتهای اجتماعی و قانونی کمتری دارد، زیرا DNA خارجی وارد گیاه نمیشود.
بنابراین، فناوری هستهای یک ابزار قدرتمند و درعینحال پذیرفتنی برای ارتقای ارزش غذایی غلات محسوب میشود.
اصول علمی پرتودهی و جهشزایی القایی
پرتودهی بهعنوان ابزار اصلی در جهشزایی القایی، بر پایه تابش یونیزان استوار است. اشعه گاما، پرتو ایکس و نوترونها بیشترین کاربرد را در این زمینه دارند. این پرتوها با برخورد به مولکول DNA در سلولهای گیاهی، تغییرات تصادفی ایجاد میکنند. این تغییرات ممکن است شامل حذف، درج یا جایگزینی نوکلئوتیدها باشند.
میزان دز پرتو و نوع آن تأثیر مستقیمی بر کیفیت و کمیت جهشها دارد. دز پایین ممکن است تغییرات اندکی ایجاد کند، درحالیکه دز بسیار بالا میتواند به مرگ سلول یا ناباروری بذرها بینجامد. بههمین دلیل، پژوهشگران معمولاً طیفهای مختلف دز را آزمایش کرده و بهترین سطح پرتودهی را تعیین میکنند.
نکته مهم آن است که بیشتر جهشها مضر یا خنثی هستند و تنها درصد کمی منجر به بهبود صفات میشوند. به همین دلیل، فرآیند انتخاب پس از پرتودهی اهمیت ویژهای دارد. پژوهشگران باید نسلهای متوالی را بررسی کرده و گیاهانی را که ویژگی مطلوبی نشان میدهند، تثبیت کنند.
در بهبود کیفیت پروتئین گندم و جو، این اصول بهگونهای بهکار گرفته میشوند که جهشهایی در ژنهای مرتبط با سنتز پروتئین و تعادل آمینواسیدها ایجاد گردد. این امر نیازمند دانش دقیق ژنتیک و بیوشیمی گیاه است تا نتایج بهطور مؤثر هدایت شوند.
اجزای اصلی سیستمهای پرتودهی در کشاورزی
سیستمهای پرتودهی در کشاورزی بهگونهای طراحی شدهاند که بتوانند دز مشخصی از پرتو را بهطور یکنواخت به بذر یا بافت گیاهی اعمال کنند. اجزای اصلی این سیستمها شامل منبع پرتو (مانند کبالت-۶۰ برای اشعه گاما)، محفظه محافظ برای جلوگیری از نشت پرتو، سیستم جابهجایی نمونهها و تجهیزات کنترل و پایش است.
منابع پرتو باید بهدقت کالیبره شوند تا دز موردنظر بهدرستی به گیاهان اعمال گردد. همچنین، تجهیزات حفاظتی برای ایمنی کارکنان ضروری است، زیرا پرتوهای یونیزان میتوانند برای انسان خطرناک باشند.
در بسیاری از مراکز پژوهشی، گلخانههای ویژهای طراحی شدهاند که امکان کشت و نگهداری بذرهای پرتودهیشده را فراهم میکنند. این زیرساختها به پژوهشگران کمک میکنند تا از مرحله پرتودهی تا انتخاب و تکثیر ارقام جدید، همه فرایند را تحت کنترل داشته باشند.
وجود چنین سیستمهایی در کشورهای مختلف باعث شده جهشزایی القایی به یک روش عملی و کاربردی برای اصلاح نباتات تبدیل شود. درواقع، بدون زیرساخت فنی و ایمنی، امکان بهرهگیری از این فناوری وجود نخواهد داشت.
روشهای کاربرد فناوری هستهای در بهبود پروتئین
کاربرد فناوری هستهای برای بهبود کیفیت پروتئین در گندم و جو از طریق چند مسیر علمی انجام میشود. نخستین مسیر، القای جهشهایی در ژنهای تنظیمکننده سنتز پروتئین است. این جهشها میتوانند باعث افزایش بیان ژنهایی شوند که مسئول تولید آمینواسیدهای ضروری هستند.
مسیر دوم، ایجاد تغییر در ژنهای مربوط به ذخیره پروتئین در دانه است. بهعنوان مثال، در گندم تغییر در ژنهای گلوتن میتواند تعادل پروتئین را بهبود بخشد. در جو نیز تغییر در پروتئینهای ذخیرهای میتواند کیفیت خوراک دام را ارتقا دهد.
روش سوم، ترکیب پرتودهی با روشهای بیوتکنولوژی است. در این حالت، پرتودهی تنوع ژنتیکی ایجاد میکند و سپس ابزارهای مولکولی به پژوهشگران کمک میکنند تا ژنهای مطلوب را شناسایی و انتخاب کنند.
این روشها در کنار یکدیگر امکان توسعه ارقامی با کیفیت پروتئین بالاتر را فراهم میآورند، بهویژه زمانیکه با برنامههای اصلاح سنتی تلفیق شوند.
استانداردها و دستورالعملهای بینالمللی
استفاده از فناوری هستهای در کشاورزی بدون چارچوبهای قانونی و دستورالعملهای ایمنی امکانپذیر نیست. آژانس بینالمللی انرژی اتمی (IAEA) بههمراه سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) مجموعهای از دستورالعملها را برای استفاده ایمن از پرتوها در علوم کشاورزی تدوین کردهاند.
این دستورالعملها شامل مواردی همچون تعیین دز مناسب برای پرتودهی، مدیریت منابع پرتوزا، ایمنی کارکنان و جلوگیری از آلودگی محیطزیست است. همچنین، استانداردهای ملی نیز باید با این چارچوبها هماهنگ باشند.
وجود این دستورالعملها نهتنها ایمنی کاربران و محیط را تضمین میکند، بلکه اعتماد عمومی به محصولات حاصل از این فناوری را نیز افزایش میدهد. رعایت دقیق استانداردها یکی از ارکان توسعه پایدار فناوری هستهای در کشاورزی محسوب میشود.
اثرات اقتصادی و اجتماعی
فناوری هستهای در بهبود کیفیت پروتئین غلات پیامدهای اقتصادی و اجتماعی گستردهای دارد. از دید اقتصادی، محصولاتی با کیفیت بالاتر ارزش بیشتری در بازار دارند و میتوانند به افزایش درآمد کشاورزان منجر شوند. همچنین، ارتقای کیفیت خوراک دام بازدهی تولید گوشت و لبنیات را افزایش میدهد و هزینههای واردات مکملهای پروتئینی را کاهش میدهد.
از نظر اجتماعی، دسترسی جوامع به غلات با ارزش غذایی بالاتر میتواند به کاهش سوءتغذیه کمک کند. این امر بهویژه در کشورهایی اهمیت دارد که جمعیت زیادی به غلات وابستهاند.
علاوهبراین، توسعه چنین فناوریهایی نشاندهنده پیشرفت علمی کشورها بوده و میتواند موجب افزایش اعتبار بینالمللی آنها شود.
فرایند جهشزایی و انتخاب در گندم و جو
فرایند جهشزایی القایی شامل چند مرحله است: ابتدا بذرهای گندم یا جو در معرض پرتو قرار میگیرند. سپس بذرهای پرتودهیشده کاشته میشوند و نسل اول گیاهان بررسی میگردد. در این مرحله، بیشتر تغییرات ژنتیکی نهان هستند.
در نسلهای بعدی، صفات جهشیافته آشکار میشوند. پژوهشگران گیاهانی را که ویژگیهای مطلوب دارند، انتخاب و تکثیر میکنند تا این صفات تثبیت شوند.
در بهبود پروتئین، پژوهشگران بهطور خاص بهدنبال گیاهانی هستند که تعادل آمینواسیدها بهتر شده یا درصد پروتئین دانه افزایش یافته است. این روند چند سال زمان میبرد اما در مقایسه با اصلاح سنتی سریعتر است.
مزایای فناوری هستهای نسبت به روشهای سنتی اصلاح نباتات
روشهای سنتی اصلاح نباتات مبتنی بر تلاقیهای مکرر و انتخاب طبیعی هستند که معمولاً به سالها یا حتی دههها زمان نیاز دارند. علاوهبراین، امکان دستیابی به برخی صفات خاص مانند افزایش چشمگیر کیفیت پروتئین در این روشها محدود است.
فناوری هستهای با ایجاد جهشهای گسترده و سریع، این محدودیت را برطرف میکند. این روش توانسته در مدت کوتاه ارقامی تولید کند که ویژگیهای کیفی مطلوبی دارند. مزیت دیگر این فناوری، پرهیز از حساسیتهای اجتماعی مربوط به تراریختههاست، زیرا در آن هیچ DNA خارجی وارد گیاه نمیشود.
بنابراین، جهشزایی القایی با فناوری هستهای پلی میان اصلاح سنتی و نیازهای مدرن غذایی است.
چالشها و محدودیتها
اگرچه فناوری هستهای در بهبود کیفیت پروتئین غلات بسیار مفید است، اما محدودیتهایی دارد. نخست اینکه بیشتر جهشهای القاشده مفید نیستند و تنها درصد کمی از آنها منجر به صفات مطلوب میشوند. بنابراین، فرایند انتخاب و غربالگری وقتگیر است.
دوم، ایجاد و نگهداری زیرساختهای پرتودهی هزینهبر است. نیاز به منابع پرتو، آزمایشگاههای ایمن و کارشناسان آموزشدیده وجود دارد. سوم، برخی از جهشها ممکن است به کاهش عملکرد دانه یا حساسیت به بیماریها منجر شوند، که باید با اصلاح ترکیبی برطرف شود.
از نظر اجتماعی نیز مقاومت کشاورزان در برابر ارقام جدید میتواند مانعی باشد. بسیاری ترجیح میدهند به کشت ارقام سنتی ادامه دهند. برای رفع این مسئله، آموزش و ترویج کشاورزی هستهای ضروری است.
فناوریهای نوین مکمل (ژنتیک مولکولی + هستهای)
ترکیب فناوری هستهای با ابزارهای ژنتیک مولکولی دقت و سرعت اصلاح را افزایش داده است. نشانگرهای مولکولی (Molecular Markers) به پژوهشگران امکان میدهند جهشهای مطلوب شناسایی و از جهشهای نامطلوب تفکیک شوند.
علاوهبراین، فناوریهای توالییابی ژنوم کمک میکنند تا ژنهای مرتبط با کیفیت پروتئین بهسرعت شناسایی شوند. ترکیب پرتودهی با بیوتکنولوژی، روند انتخاب ارقام جدید را کوتاهتر و مطمئنتر کرده است.
بهاینترتیب، آینده اصلاح غلات در گرو همافزایی فناوری هستهای با دانش ژنتیک مدرن است. این همکاری علمی، امکان دستیابی به محصولات با کیفیت تغذیهای بالاتر را فراهم میسازد.
نمونههای موفق جهانی در بهبود پروتئین
چندین کشور تجربه موفقی در استفاده از فناوری هستهای برای بهبود پروتئین غلات داشتهاند. در هند، ارقامی از گندم معرفی شدهاند که نسبت به ارقام سنتی ۱۰ تا ۱۵ درصد پروتئین بیشتری دارند.
در چین نیز با پرتودهی، جوهایی تولید شده که ارزش تغذیهای بالاتر برای خوراک دام دارند.ژاپن و کرهجنوبی نمونههای متعددی از برنج، جو و گندم پرتودهیشده را ثبت کردهاند که بهطور مستقیم در امنیت غذایی این کشورها نقش داشتهاند. این نمونهها نشان میدهند که فناوری هستهای از مرحله پژوهش به مرحله کاربرد عملی رسیده است.
تجربه ایران در بهکارگیری فناوری هستهای در کشاورزی
ایران نیز از دهههای گذشته پژوهشهایی در زمینه کشاورزی هستهای آغاز کرده است. مؤسسه تحقیقات کشاورزی هستهای وابسته به سازمان انرژی اتمی، پروژههای متعددی در زمینه اصلاح گندم و جو اجرا کرده است.
نمونههایی از ارقام مقاوم به خشکی و شور معرفی شدهاند که علاوه بر پایداری در شرایط محیطی، کیفیت پروتئین بهتری دارند. هرچند هنوز مقیاس تولید این ارقام محدود است، اما نشاندهنده ظرفیت بالای ایران در بهرهگیری از فناوری هستهای در کشاورزی است.
با حمایت بیشتر از این حوزه، ایران میتواند در زمینه بهبود ارزش تغذیهای غلات خودکفا شود.
اثرات بر امنیت غذایی و سلامت جامعه
امنیت غذایی وابسته به دسترسی به غذاهای مغذی و کافی است. ارتقای پروتئین در غلات با فناوری هستهای میتواند بهطور مستقیم بر سلامت جامعه اثر بگذارد. بهبود کیفیت نان و خوراک دام، مصرف پروتئین روزانه مردم را افزایش میدهد.
این امر موجب کاهش سوءتغذیه، بهویژه در کودکان و زنان، میشود. همچنین، از منظر سلامت عمومی، رژیمهای غذایی متعادلتر و غنیتر به کاهش بیماریهای مرتبط با کمبود پروتئین کمک میکنند. بنابراین، فناوری هستهای نقشی فراتر از کشاورزی داشته و به یک ابزار سلامت عمومی تبدیل میشود.
آیندهشناسی و چشمانداز جهانی
انتظار میرود در دهههای آینده استفاده از فناوری هستهای در اصلاح نباتات گسترش بیشتری یابد. با توجه به تغییرات اقلیمی و فشار بر منابع، نیاز به غلات مقاوم و پرپروتئین افزایش مییابد.
چشمانداز جهانی نشان میدهد که ترکیب فناوری هستهای با هوش مصنوعی، بیوانفورماتیک و ژنومیکس میتواند فرآیند اصلاح گیاهان را متحول کند. در این مسیر، کشورهایی که زودتر سرمایهگذاری کنند، سهم بیشتری در بازار جهانی غلات خواهند داشت.
توصیههای سیاستی برای کشورها
برای بهرهگیری مؤثر از فناوری هستهای در کشاورزی، کشورها باید:
- سرمایهگذاری در زیرساختهای پرتودهی و آزمایشگاهی را افزایش دهند.
- برنامههای آموزشی برای پژوهشگران و کشاورزان طراحی کنند.
- همکاری بینالمللی با نهادهایی مانند IAEA و FAO را تقویت کنند.
- سیاستهای حمایتی برای پذیرش ارقام پرتودهیشده وضع نمایند.
اجرای این توصیهها میتواند موجب تسریع دستیابی به اهداف امنیت غذایی و توسعه پایدار شود.
نقش همکاریهای بینالمللی
همکاری بخصوص میان آژانس بینالمللی انرژی اتمی و FAO نقش کلیدی در توسعه کشاورزی هستهای داشته است. این دو سازمان از طریق برنامه مشترک، آموزش، تأمین تجهیزات و انتقال دانش را به کشورهای عضو ارائه میدهند. کشورهای درحالتوسعه با حمایت این نهادها توانستهاند پروژههای جهشزایی موفق اجرا کنند. این همکاریها نشان میدهد که توسعه کشاورزی هستهای بدون همبستگی جهانی دشوار خواهد بود.
پیوند فناوری هستهای با اهداف توسعه پایدار (SDGs)
فناوری هستهای بهطور مستقیم با اهداف توسعه پایدار مرتبط است. بهبود کیفیت پروتئین در غلات به تحقق اهداف SDG2 (ریشهکنی گرسنگی) و SDG3 (سلامت خوب و رفاه) کمک میکند.
همچنین، استفاده از فناوریهای نوین در کشاورزی به بهرهوری منابع، کاهش ضایعات و توسعه پایدار (SDG12) یاری میرساند. بنابراین، کشاورزی هستهای نهتنها علمی کاربردی بلکه بخشی از راهبردهای کلان توسعه جهانی است.
جمعبندی نهایی
بهبود کیفیت پروتئین در گندم و جو با فناوری هستهای یک ضرورت علمی و اجتماعی است. این فناوری با سرعت و دقت بالا میتواند ارقام جدیدی ایجاد کند که ارزش غذایی و اقتصادی بالاتری دارند.
اگرچه چالشهایی مانند هزینه زیرساخت و پذیرش اجتماعی وجود دارد، اما مزایا بر محدودیتها غلبه میکنند. تجربه جهانی و ملی نشان داده است که پرتودهی ابزاری کارآمد برای ارتقای امنیت غذایی و سلامت جامعه است.
در آینده، با ترکیب این فناوری با ابزارهای مدرن ژنتیکی، جهان قادر خواهد بود غلاتی پرپروتئینتر، مقاومتر و مغذیتر تولید کند. این مسیر، تضمینی برای امنیت غذایی و توسعه پایدار است.
—————-
منابعی برای مطالعه بیشتر
- IAEA. (2020). Nuclear techniques in agriculture. Vienna.
- FAO. (2019). Protein quality in cereals. Rome.
- WHO & FAO. (2021). Food and nutrition guidelines. Geneva.
- Jain, H. K. (2018). Mutation breeding in crop plants. Springer.
- Shu, Q. Y. (2009). Induced plant mutations in the genomics era. FAO.
- Maluszynski, M. (2016). Mutagenesis and crop improvement. Plant Breeding Journal.
- Lagoda, P. (2017). Radiation techniques in plant breeding. IAEA Bulletin.
- Singh, B. , & Datta, S. (2020). Agricultural radiation biology. Elsevier.
- Kharkwal, M. C. (2015). Mutation breeding: Theory and practice. Academic Press.
- IAEA & FAO. (2022). Guidelines for radiation safety in agriculture. Vienna.
- OECD. (2021). Agricultural productivity and innovation. Paris.
- Ahloowalia, B. S. (2019). Induced mutations for crop improvement. Plant Biotechnology Reports.
- Dwivedi, S. L. (2020). Plant breeding innovations. Springer.
- FAO & WHO. (2018). Food safety and nuclear applications. Geneva.
- Kumar, A. (2022). Molecular breeding in cereals. Wiley.
- IRRI. (2017). Mutation breeding achievements in Asia. Manila.
- سازمان انرژی اتمی ایران. (۱۴۰۰). گزارش پژوهشهای کشاورزی هستهای. تهران.
- UNICEF. (2020). Nutrition and food quality. New York.
- IPCC. (2021). Climate change and food security. Geneva.
- FAO. (2023). Global food policy report. Rome.
- IAEA & FAO. (2019). Joint programme on nuclear techniques in food and agriculture. Vienna.
- United Nations. (2015). Sustainable Development Goals. New York.
- IAEA – Nuclear Techniques in Agriculture
- FAO – Food and Nutrition
- Springer – Mutation Breeding Books
- WHO – Food Safety
انتهای پیام/
دیدگاهتان را بنویسید