إنتاج محصول يوفر 25% من المياه دون تأثر الغلة

تأليف: تيبي بوي

ترجمة: إبراهيم عبدالله العلو

يجب على الزراعة التكيف مع زيادة أعداد البشر عن طريق زيادة الغلال من ناحية واستخدام الموارد بشكل أكثر نجاعة من ناحية أخرى.

Credit: Pixabay.

أنجز البحاثة البريطانيون قفزة كبيرة من خلال إكثار محصول تبغ يستهلك كمية مياه أقل ب25% دون تأثر المردود.

ويتواجد المورث المجور في كافة النباتات مما يبشر بنقل التحسنات إلى محاصيل الغذاء الأخرى.

نجحت أبحاث التقانة الحيوية في تحسين مردود المحاصيل خلال ال60 عاماً الماضية ولكن الجهود لم تنصب بنفس القدر على إدارة الموارد. ولذلك بقيت كمية المياه اللازمة لإنتاج وحدة من الحبوب دون تغيير يذكر. تستهلك الزراعة 90% من موارد المياه العذبة على سطح الكوكب مما يضع ضغوطاً كبيرة على مخزونات المياه والتي استنفذ الكثير منها بشكل غير مستدام. سوف تزداد ندرة المياه على المستوى العالمي مع التغير المناخي الحاد ولذلك تأخذ هذه الدراسة المعنونة تحقيق زيادة جدوى التركيب الضوئي أهمية خاصة.

قام الفريق بقيادة ستيفن لونج باستهداف بروتين تركيب ضوئي يدعى ب اس ب اس photosystem II subunit S (PsbS) في محصول التبغ وهو محصول نموذجي يستخدم عادة في الأبحاث لإنه سهل التحوير وأسرع إختباراً من معظم المحاصيل. تقوم إشارة من صانعة اليخضور(كلوروبلاست) بتوجيه الثغور لتتفتح بشكل أقل. والثغور هي مسامات مجهرية في أوراق النبات تسمح بخروج الماء و دخول وخروج الغازات( مثل ثاني أوكسيد الكربون) . وهذا البروتين هو مركب مهم في مسار التأشير الذي يخبر النبات بكمية أشعة الشمس الساقطة عليه. ومن خلال زيادة هذا البروتين تخبر الإشارة النبات أنه لا يوجد ما يكفي من الضوء لقدح التركيب الضوئي وبالتالي يتسبب في إغلاق الثغور.

محاصيل أكثر مقاومة للجفاف

تمكن البحاثة من خلال لف تعبير البروتين في تحسين نسبة ثاني أوكسيد الكربون الداخلة للنبات إلى الماء الخارج(معدل إستخدام المياه) بنسبة 25%.

حدث التحسن في التجارب الحقلية دون التأثير على معدل التركيب الضوئي أو المردود. وحدث ذلك نظراً لرفع البشر تركيز ثاني أوكسيد الكربون في الجو بنسبة 25% خلال ال70 عاماً الماضية.

تسمح نسبة ثاني أوكسيد الكربون المرتفعة للنبات بامتصاص الغاز دون فتح الثغور بشكل كامل

يبين هذا الرسم الثغور الشبيه بالفم التي تسمح بدخول وخروج الماء وثاني اوكسيد الكربون من النبات.

يقول لونج” كانت آثار البروتين على جدوى إستهلاك ثاني أوكسيد الكربون خلال التركيب الضوئي معضلة خلال الدراسات السابقة. كنا نعلم أن البروتين يحسن الحماية من شدة الإضاءة ولذلك توقعنا أن زيادة “تعبيره” سوف يساعد النباتات في التعامل مع زيادة شدة الإضاءة. عندما قمنا بقياس الإنخفاض في فقد الماء عبر الأوراق كان الأمر غير ما توقعنا. لإنه لم يسبق لإحد ربط البروتين بفقد الماء. ولكن الإستكشاف الإضافي أظهر أنه يساعد على تفسير عدة إكتشافات سابقة وخاصة كيفية فقد مياه الأوراق عبر الثغور المجهرية وتناسقه مع استهلاك الأوراق لثاني أوكسيد الكربون عبر اثغور ذاتها.”

الدكتور ستيفن لونج(في الوسط) أستاذ علم المحاصيل وبيولوجيا النبات في جامعة ايلينوز مع باحث ما بعد الدكتوراه جوهانس كرومدجيك والباحثة كاتارزينا جلوواكا.

وأضاف” نعلم أن معظم النباتات العليا تحتوي على هذا البروتين مما يعني إمكانية تطبيق هذه الإستراتيجية(زيادة تعبير البروتين) لتحسين كفاءة إستخدام المياه عبر مجال واسع من المحاصيل.”

تعتبر هذه التجربة أول محاولة ينجح العلمء خلالها “بقرصنة” إستجابة الثغور لكمية الضوء.

تتفتح الثغور وتغلق إستجابة لكمية الضوء ونوعيته( تبعاً للظل والتجانس) والرطوبة ومستويات ثاني أوكسيد الكربون.

إستند لونج وزملائه إلى أبحاث سابقة أظهرت أن زياد البروتين(PsbS) أضافة إلى بروتينين آخرين قد يحسن الإنتاج بمقدار 20%. يأمل العلماء بتهئية المحاصيل للميزان الأمثل بين المردود وإدارة المياه عبر هذه الأبحاث.

يقول لونج” نبحث ايضاً كيفية إنتاج محاصيل تستهلك كميات أكبر من ثاني أوكسيد الكربون وتخفض فقد الماء.وسوف نختبر عبر دراستنا كيفية نقل نتائجنا على محصول التبغ إلى محاصيل أخرى.”

ويختم قائلاً” تحد كمية المياه المتوفرة للزراعة من إنتاج الغذاء على مستوى العالم. كما أن تخفيض متطلبات المياه العذبة لإنتاج الغذاء سيكون أحد اكبر التحديات التي تواجه إطعام أعداداً متزايدة من البشر. وهذه الاستراتيجيات الجديدة التي قمنا بشرحها في ابحاثنا مشجعة وتأتي في وقت نحتاجها أيما إحتياج. خاصة إذا أخذنا بعين الإعتبار ان تحسين النباتات عملية بطيئة تتطلب العديد من الإختبارات والعوائق قبل أن تنتهي الإبتكارات الجديدة في حقول المزارعين.”

وقد مولت هذه الدراسة من قبل مؤسسة بيل وميلندا جيتس ومؤسسة ابحاث الغذاء والزراعة ووزارة التعاون الدولي البريطانية ونشرت في مجلة الطبيعة.

المصدر:

ZMESCIENCE

Scientists engineer crop that uses 25% less water without compromising yield

By: Tibi Puiu

March 6, 2018