جلبک ها با قدمتی بالغ بر 40 میلیون سال در مقایسه با دیگر رستنی ها توانسته اند مقام نخست را از نظر تولید انرژی و همچنین مواد تجدیدشونده بویژه در دنیای نانو، کسب کنند.

بنابراین با توجه به اهمیت جلبک ها در این زمینه ، شایسته است کشاورزی سنتی و صنعتی برای توسعه پایدار فناوری های جدید، نهادینه شوند. جایگاه مناسب برای چنین تحقیقاتی ، کشاورزی پیشرفته بویژه در زیربخش های گیاه شناسی با تخصص گیاه شناسی الکترونیک است.

بسیاری از موضوعات مهم در گیاه پزشکی مانند تشخیص و شناسایی ، پیش آگاهی ، مبارزه و مهار، قرنطینه و تا حدودی ترویج ، بی شباهت به مفاهیم پلیسی نیستند. از این رو شناخت و همچنین بهره مندی از قابلیت های کم نظیر نانوپلیس های جلبکی برای گیاه پزشکی ، امروز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

از سوی دیگر می دانیم که بسیاری از الگوهای فنی در نانوفناوری ، مرهون ساختار ظریف ، ولی توانمند انواع میلیونی جلبک ها هستند.

طراحی ، ساخت و تولید ابزار و قطعاتی با دقت مقیاس نانو به طور مصنوعی ، فوق العاده دشوار و پرهزینه است ، ولی با استفاده از این موجودات که اغلب دیاتوم ها و نانوفیتوپلانکتون ها هستند، ساخت و تولید انواع رایانه ها، ربات ها، ریزتراشه های سیلیکونی در دنیای نانوالکترونیک و زیست حسگرهای هوشمند، متداول است.

بسیاری از موضوعات مهم در گیاه پزشکی مانند تشخیص و شناسایی ، پیش آگاهی ، مبارزه و مهار، قرنطینه و تا حدودی ترویج ، بی شباهت به مفاهیم پلیسی نیستند. از این رو شناخت و همچنین بهره مندی از قابلیت های کم نظیر نانوپلیس های جلبکی برای گیاه پزشکی ، امروز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.از سوی دیگر می دانیم که بسیاری از الگوهای فنی در نانوفناوری ، مرهون ساختار ظریف ، ولی توانمند انواع میلیونی جلبک ها هستند.طراحی ، ساخت و تولید ابزار و قطعاتی با دقت مقیاس نانو به طور مصنوعی ، فوق العاده دشوار و پرهزینه است ، ولی با استفاده از این موجودات که اغلب دیاتوم ها و نانوفیتوپلانکتون ها هستند، ساخت و تولید انواع رایانه ها، ربات ها، ریزتراشه های سیلیکونی در دنیای نانوالکترونیک و زیست حسگرهای هوشمند، متداول است.  

مفاهیم بنیادین

با پیدایش و پیشرفت علوم و فنون نوین نظیر نانوفناوری ، دانش گیاه پزشکی نیز تحول چشمگیری پیدا کرده است و استفاده فراگیر از انواع نانوکپسول ها، نانوفیلترها، نانوذرات ، نانوکریستال ها و بسیاری موارد دیگر، فقط گوشه ای ناچیز از کاربردهای علوم و فنون نانو در مدیریت تلفیقی آفات است.

کاظم دادخواهی پور، پژوهشگر و عضو هیات علمی موسسه تحقیقات گیاه پزشکی کشور که تحقیقات گسترده ای را در این زمینه انجام داده است ، در این باره گفت: تقریبا همه می دانیم که جلبک ها در مقایسه با پیکر سبز تمامی گیاهان موجود در جنگل ها، مراتع و حتی اراضی کشاورزی بیش از 85 درصد کل فرآیند فتوسنتز را به عهده دارند.

وی افزود: بنابراین جلبک ها در این زیست کره از نظر تولید مواد اولیه و در نتیجه ذخیره و تبدیل انرژی خورشیدی ، مقام نخست را به خود اختصاص می دهند. به نظر می رسد که میزان جلبک های خشک زی بسیار ناچیز باشد، ولی با یک محاسبه ساده نتیجه بسیار شگفت آور خواهد بود.

وی ادامه داد: به طور کلی در یک هکتار زمین زراعی به عمق 30 سانتی متر که از لحاظ مواد آلی و کانی ها در سطح متوسطی قرار دارد به میزان یک هزارم وزن حجمی خاک ، جلبک وجود دارد، به این ترتیب به ازای هر هکتار زمین زراعی ، حداقل 2000 کیلوگرم جلبک یافت می شود. چنین توان تولیدی در مقایسه با برخی از محصولات دیم ، قابل تامل خواهد بود. این پژوهشگر می افزاید: بعلاوه تنوع زیستی جلبک ها در چنین اراضی ای نیز قابل ملاحظه است به طوری که براساس مطالعات انجام شده در پاکستان بیش از 35 گونه انواع جلبک ها در یک هکتار از سطح زیر کشت ذرت شیرین ثبت شده است.

افزار و شیوه گزینی

جلبک ها به عنوان نوعی افزار، زمینه های بسیار مساعدی را برای تحقیقات فناوری نانو فراهم کرده اند. محصولات متنوعی مانند پوشاک ، وسایل ورزشی و حتی برخی از ابزار پزشکی و قطعات سخت افزاری در رایانه ها و ریزتراشه ها، مرهون چنین فناوری ای هستند.عضو هیات علمی موسسه تحقیقات گیاه پزشکی کشور در این رابطه گفت: از بین انواع جلبک های تک یاخته ای ، دیاتوم ها یا جلبک های قاب سیلیسی مهم ترین گروهی هستند که در این فناوری کاربرد زیادی دارند.

دادخواهی پور افزود: دیاتوم ها دارای ساختار پوسته ای از جنس دی اکسیدسیلیس (SiO2) و با خلوصی بالغ بر 99 درصد در طبیعت اعم از آب های شور، شیرین و انواع خاک ها انتشار وسیعی دارند. دیاتوم ها بسیار متنوعند و تاکنون یکصد هزار گونه از آنها شناسایی شده اند و تنوع زیستی آنها را تا حدود یک میلیون گونه برآورد کرده اند.

وی ادامه داد: یکی از عوامل ساختاری مهم در این گروه از جلبک ها که مسیر پیشرفت نانوفناوری را فراهم کرده اند، وجود تزیینات فوق العاده متنوع و همچنین دانه بندی بسیار دقیق و ظریف در پیکر آنهاست.

بی شک ساختن اشکال هندسی با چنین دقتی در مقیاس نانو، بسیار دشوار است ، بنابراین تنوع میلیونی و همچنین وفور دیاتوم ها چنین موضوعی را برای متخصصان به طور قابل ملاحظه ای تسهیل کرده است. با توجه به ویژگی های فیزیکی دیاتوم ها، از آنها می توان به عنوان اجزای یک ماشین مجهز استفاده کرد، البته با این تفاوت که تولید چنین افزاری از لحاظ کمیت و کیفیت بسیار فراتر از فناوری متداول است.

از سوی دیگر، صرفه جویی اقتصادی با تاکید بر مصرف بهینه از مواد اولیه دلیل دیگری برای رشد و توسعه چنین فناوری ای خواهد بود. هم اکنون استفاده از پودر خالص پوسته های سیلیکاتی دیاتوم های ویژه ای برای مبارزه غیرشیمیایی با برخی آفات انباری بویژه در مراکزی نظیر بیمارستان ها و آسایشگاه ها که به هیچ وجه نمی توان از روش های شیمیایی یا بیولوژیکی استفاده کرد، توصیه می شود. چنین آفت کشی با تزیینات بسیار ظریف همچون تیغه های شیشه ای به طور فیزیکی پوست سخت و کیتینی آفات را خراش می دهند و با افزایش گرمای ناشی از تنفس زیاد در نهایت موجب انهدام آنها می شوند.

عضو هیات علمی موسسه تحقیقات گیاه پزشکی کشور می گوید: نانوکپسول ها، کاربردهای ارزشمندی را برای گیاه پزشکی نوین به ارمغان آورده اند. دیاتوم ها همچون جعبه های بسیار کوچک و با ساختاری بسیار مقاوم و در عین حال خنثی ، می توانند بهترین حامل سموم شیمیایی قوی باشند. به این طریق هنگام سم پاشی ، علاوه بر آن که میزان مصرفی سموم به حداقل ممکن می رسد بلکه به دلیل موضعی و متمرکز بودن تماس با آفات ، بسیار موثرتر خواهد بود. چنین موضوعی با توجه به پارامترهای زیست محیطی اعم از محیطهای طبیعی و انسانی نیز از اهمیت خاصی برخوردار است.

کاربرد انواع نانوفیتوپلانکتون ها بویژه در طراحی و ساخت نانوحسگرها، روند صعودی دارد، زیرا تسهیلات قابل ملاحظه ای را در جهت تدوین الگوهای نانوزیستی برای ردیابی ناهنجاری ها در اکوسیستم های زراعی و دیگر مناطق انسان ساخت فراهم کرده است. اکنون بیش از 14 مرکز تحقیقات بین المللی در زمینه دیاتوم نانوفناوری فعالیت دارند. آشکارسازی و مهار جلبک های مزاحم در منابع آب و آبیاری با استفاده از سامانه هایی معروف به نانوچک ، فقط یکی از موارد کوچک در چنین مراکزی است.

رهیافت ها و رویکردها

شاید شگفت آفرین باشد، آن هم وقتی که بدانیم برخی محصولات رایانه ای جدید مانند صفحات نمایشگر انعطاف پذیر یا وسیله جیبی ای بسیار کوچک برای ذخیره اطلاعات با ظرفیت های فوق العاده زیاد به نام کول دیسک و بسیاری دیگر از اختراعات جدید، از طریق فرآیند نانوفناوری روی همین جلبک های تک یاخته یعنی دیاتوم ها به وجود آمده اند. این پژوهشگر موسسه تحقیقات گیاه پزشکی می گوید: بنابراین با توجه به اهمیت جلبک ها در این زمینه ، شایسته است که کشاورزی سنتی و صنعتی برای توسعه پایدار فناوری های جدید نهادینه شود؛ زیرا مناسب ترین جایگاه برای چنین تحقیقاتی ، کشاورزی پیشرفته بویژه در زیربخش های گیاه شناسی و با تخصص الکتروبتانی است.

اگرچه ممکن است برای برخی علاقه مندان به کشاورزی نوین ، همچنان هویت جلبک ها بویژه دیاتوم ها مبهم باشد، اما کافی است یادآوری شود که تمامی شیشه های مرغوب برای عینک ، عدسی ها، ظروف کریستالی و انواع رنگ های متالیک و صدها محصول صنعتی دیگر، برگرفته از خواص فیزیکی شیمیایی همین پوسته سیلیسی دیاتوم هاست.

دادخواهی پور، یادآوری می کند که سیلیس پس از اکسیژن ، بیشترین عنصر کره زمین است و به لحاظ اهمیت منابع طبیعی تجدیدشونده و همچنین افزایش تقاضا به انواع محصولات کشاورزی ، کشت و پرورش خالص انواع جلبک ها، اجتناب ناپذیر است.

عضو هیات علمی موسسه تحقیقات گیاه پزشکی کشور می گوید: رسوبات گوناگون بویژه در پشت سدهای آبی ، نظیر سد امیرکبیر در کرج سرشار از انواع دیاتوم هاست. بهره مندی از چنین منابع ارزشمندی علاوه بر اقتصادی بودن ، رعایت استانداردهای محیط زیست را نیز در سطوح ممتازی به همراه خواهد داشت. از سوی دیگر، دانش پایه در پیشبرد چنین نگرشی بسیار اهمیت دارد و به نظر می رسد که در این خصوص ، گیاه شناسی الکترونیک (Electrobotany) نقش کلیدی را به عهده داشته باشد، زیرا مبانی الکترونیک در مقیاس پیکو یا کسری از آن است و به همین دلیل دنیای نانو را حداقل 1000 برابر دقیق تر و واضح تر می بیند.

در آینده ای نه چندان دور، دستگاه های خیلی پیشرفته ای همچون نانوبیوراکتورها در کشت و پرورش خالص بسیاری از این جلبک های مفید، نقش حیاتی خواهند داشت و در حقیقت می توانند نویدی برای کشاورزی پویا و پایا باشند.

معرفی موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی

 

مقدمه:

در سال 1378 در راستای تدوین و اجرای طرح های بزرگ ملی برای رشد و فعالیت در عرصه کشاورزی با هدف پیشرفت هدفمند تحقیقات در زمینه های  مربوط به بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک در کشاورزی، با تصویب شورای عالی سیاست گذاری وزارت کشاورزی، تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی به یک پژوهشکده مستقل تبدیل شد.

این موسسه در سال 1379 مجوز رسمی خود را اخذ کرده و از سال 1382 به طور رسمی شروع به کار کرد.

 این پژوهشكده در طول مدت كوتاه فعالیت خود از جایگاه ممتازی در عرصه تحقیقات كشاورزی برخوردار شده است.

این پژوهشکده دارای سیستم مدیریت خاص خود می باشد که هرکدام به نوبه خود دارای زیرمجموعه هایی هستند ولی اشاره به همه آنها در این بحث نمی گنجد، فقط کافی است بگوییم مدیریت این موسسه بر عهده دکتر سید مجتبی خیام نکویی بوده و معاون پژوهشی ایشان آقای دکتر مجیدی هروان هستند.

پژوهشکده  بیوتکنولوژی  کشاورزی در حال حاضر دارای 114 نفر عضو هیات علمی و کارشناس تحقیقاتی می باشد که در رشته های مختلف مانند ژنتیک، مهندسی ژنتیک، بیوتکنولوژی، فیزیولوژی، بیوشیمی، باغبانی، زیست شناسی سلولی و مولکولی و میکروبیولوژی دارای تخصص می باشند، که 20 نفر از آنها دارای مدرک دکتری و 39 نفر دارای مدرک کارشناسی ارشد هستند. حدود 55 نفر کارشناس دارای درجه لیسانس نیز به عنوان دستیار تحقیقاتی در طرح ها و پروژه های این موسسه مشغول فعالیت می باشند.

 

این موسسه دارای بخش های تحقیقاتی جداگانه ای است که اسامی آنها به شرح زیر می باشد:

بخش تحقیقات ژئومیکس:

در بخش تحقیقات ژنومیكس پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی با استفاده از روش های نوین بیوتکنولوژی، ژنوم گیاهان، آفات مهم مرتبط باکشاورزی مورد بررسی قرار می گیرد.

عمده‌ترین فعالیت‌های این بخش بررسی تنوع ژنتیكی گیاهان، سوش‌های مختلف عوامل بیماریزای گیاهی و حشرات، مکان یابی و نشان مند کردن ژنهای کنترل کننده تنشهای های زیستی و غیر زیستی، تبدیل نشانگرهای تصادفی به نشانگرهای اختصاصی، جداسازی، دست‌ورزی و همسانه‌سازی ژنهای مفید ،ساخت پلاسمید، آنالیز مولكولی گیاهان تراریخته و تهیه كیتهایی به منظور تسهیل و تسریع شناسایی عوامل بیماری‌زا در گیاهان می‌باشد.

بخش کشت و بافت و تحقیقات ژن:

فعالیت‌های اولیه تحقیقاتی در بخش كشت ‌بافت و انتقال ژن در مواردی همچون ریزازدیادی، ، گزینش واریانت‌ها در محیط كشت، تركیب پروتوپلاست‌ها و نجات جنین بوده‌است. با تاسیس مؤسسه تحقیقات بیوتكنولوژی كشاورزی در سال 1379، این بخش تحقیقاتی از آخرین تكنیكهای كشت بافت و انتقال ژن با تجهیزات كامل ، برخوردار گردید. در حال حاضر این بخش  تكثیر انبوه چندین گیاه مهم زراعی و باغی، ایجاد تنوع ژنتیکی، اصلاح گیاهان از طریق تكنیك كشت بافت را انجام می‌دهد.  انتقال ژن به گیاهان زراعی با استفاده از تكنیكهای آگروباكتریوم و تفنگ ژنی، در پروژه‌های اصلاح نباتات و تولید گیاهان مقاوم به آفات، امراض و تنش‌های محیطی از دیگر فعالیتهای این بخش است. هم‌اكنون عمده فعالیت‌های این بخش در سه زمینه ریزازدیادی، انتقال‌ژن و تولید گیاهان هاپلوئید  و دابل‌هاپلوئید  متمركز می‌باشد.

بخش ژنتیک، زیست شناسی سلولی و مولکولی:

مطالعه در زمینه رشد و نمو گیاهی تا سالهای 1980 محدود به تشریح مورفولوژیكی و فیزیولوژیكی فرآیندهای رشدی بود.  با ظهور زیست‎شناسی مولكولی و به ویژه كاربرد روشهای ژنتیكی، زیست شناسی نوین گیاهی مطالعات خود را درسطح ژن متمركزنموده است. امروزه پژوهشهای زیست شناسی برای پاسخ دادن به اینكه چه ژنهایی در فرآیندهای رشد و نمو نقش دارند و كاركرد آنها در سطح مولكولی چگونه است انجام می گیرد. با درك پدیده‎های رشد و نمو گیاهی در سطح بافت، سلول و مولكول كه به طور پایه ای به دنبال روشن نمودن چگونگی و نحوه كار سیستم های زیستی و اجزاء آن است، زمینه كاربرد های بعدی در بیوتكنولوژی به وجود می آید.

بخش فیزیولوژی، بیوشیمی و پروتومیکس:

بخش عمده ای از سرزمین ایران در اراضی خشك و نیمه خشك قرار گرفته و متوسط بارندگی آن كمتر از 250 میلی متر در سال می باشد و از طرف دیگر با توجه به تنوع اقلیمی ایران گیاهان به طور مستمر با عوامل مختلف طبیعی از قبیل سرما, خشكی و شوری آب و خاك مواجه می باشد. مقابله با این عوامل مستلزم به کارگیری راهکارهای مختلفی از جمله بهبود زیر ساخت ها، استفاده بهینه از منابع آب و خاک و اصلاح نبات نام برد. در این میان اصلاح گیاهان برای افزایش مقاومت به عوامل طبیعی یكی از موثرترین روشهای مقابله با تنش ها می باشد. با این وجود، روشهای اصلاحی سنتی برای رسیدن به این هدف با مشكلات بسیاری روبرو بوده و روند آن كند می‌باشد كه بخش عمده آن  به پیچیدگی مکانیسم های مقاومت و تعداد بسیار زیاد ژنهای دخیل در آن برمی‌گردد. بخش فیریولوژی، بیوشیمی و پروتئومیکس تلاش دارد که با بکارگیری راهکارهای مختلف و شناخت مكانیزم های دخیل در مقاومت, امكان اصلاح هدفمند, كارا, دقیق و سریع گیاهان زراعی را فراهم  آورد. همچنین به کارگیری امکانات پیشرفته بخش برای بیان ژن مهم در خارج از سلول، تولید پاد زهر و شناسایی عوامل بیماری زا از جمله اهداف بخش می باشد. عمده فعالیت بخش را می توان در دو آزمایشگاه فیزیولوژی و پروتئومیکس خلاصه نمود.

بخش زیست ایمنی و میکروارگانیسم ها:

بخش ریزسازواره‌ها و ایمنی زیستی یكی از بخشهای موسسه  تحقیقات بیوتكنولوژی كشاورزی می‌باشد كه در چهار زمینه عمده فعالیت دارد:

1-جمع آوری، شناسایی، حفظ و نگهداری میكروارگانیسم‌های مرتبط با بخش كشاورزی در بانك سلولی.

2-اجرای پروژه‌ها‌ و طرح‌های تحقیقاتی حول محورتولید فراورده های بیولوژیك مورد استفاده در بخش كشاورزی و صنایع وابسته به آن از جمله سموم بیولوژیك، كودهای بیولوژیك و فراورده های با ارزش مورد استفاده در صنعت غذا.

3- طراحی فرایندهای مربوط به تولید فراورده ای فوق الذكر در اشل های نیمه صنعتی و صنعتی.

4- زیست ایمنی در رابطه با تولید، آزمایش و مسایل ـ حقوقی موجودات تراریخته ((GMOs و همچنین مسایل مربوط به استفاده صحیح از میكروارگانیسم‌ها.

 تاكنون تعداد قابل توجهی میكروارگانیسم‌ (شامل انواع گونه های قارچی،  باكتریایی و جلبكهای تك سلولی) از مناطق مختلف كشور و سایر كشورها جمع آوری شده است. این میكروارگانیسم‌ها یا دارای كاربرد در بخش كشاورزی و صنایع وابسته به آن هستند و یا از نقطه نظر فعالیت‌های مولكولی و تكنولوژی انتقال ژن و مهندسی ژنتیك دارای ارزش ویژه‌ای می‌باشند.

همچنین میكروارگانیسم‌های مختلف حاصل از تعدادی از طرح‌ها و پروژه‌های تحقیقاتی موسسه جمع‌آوری و نگهداری گردیده است. بر اساس توافقات بعمل‌آمده   با بعضی از موسسات تحقیقاتی تحت پوشش  سازمان تحقیقات و آموزش كشاورزی، قرار است برخی میكروارگانیسم‌های این موسسات نیز در پژوهشكده بیوتكنولوژی نیز نگهداری گردند.

بخش خدمات فنی و پشتیبانی تحقیقات:

بخش خدمات فنی و پشتیبانی تحقیقات با هدف پشتیبانی علمی و فنی سایر بخش‏های تحقیقاتی موسسه ایجاد شده است. در راستای این هدف، خدمات گوناگونی از سوی این بخش به سایر بخشهای تحقیقاتی و واحدهای دیگر موسسه ارایه می شود. همچنین فعالیتهای تحقیقاتی و مطالعاتی مختلفی مانند بررسی جنبه‏های مختلف اخلاقی، فرهنگی، مذهبی، اقتصادی و مدیریتی كاربرد بیوتكنولوژی در كشاورزی در کنار ارایه خدمات به بخشهای دیگر موسسه، در این بخش انجام می پذیرد.

 تهیه و چاپ خبرنامه داخلی به صورت ماهانه با همکاری روابط عمومی و سایر بخشهای موسسه از دیگر فعالیتهای مهم این بخش می باشد.

کارهای مهم انجام شده توسط پژوهشکده تا کنون:

 

1. تولید اولین و تنها برنج تراریخته پایدار ایرانی در جهان

ساقه‌خوارها و برگ‌خوارها از آفات اصلی برنج در بسیاری از كشورها می‌باشند، كه برای كنترل آنها سالانه مبالغ هنگفتی صرف خرید سموم شیمیایی می‌شود. ضمن اینكه در اثر كاربرد بی‌رویه سموم شیمیایی بعضی از گونه‌های این آفات به سموم شیمیایی مقاوم شده‌اند. نكته قابل توجه دیگر زیان بار بودن كاربرد سموم شیمیایی برای  محیط زیست، به خصوص سلامت انسان و موجودات مفید موجود در طبیعت می‌باشد. با توجه به موارد ذكر شده، در جهت كاهش مخاطرات زیست محیطی و كاهش هزینه‌های تولید برنج در كشور، برای اولین بار در جهان محققان این پژوهشكده  ژن cry1Ab را از باكتری Bacillus thuringiensis (Bt) جدا نموده و با استفاده از روش بمباران ژنی به ارقام زراعی برنج طارم مولایی و خزر منتقل كردند. لازم به ذكر است كه این ژن،كد كننده پروتئینی می‌باشد كه فقط بر روی یك سری خاص از آفات سمیت داشته و برای انسان، سایر پستانداران و حتی حشرات دیگر هیچگونه اثر سوئی ندارد. ضمن اینكه برای تولید این سم در گیاه از سیستمی استفاده شده است كه باعث می‌شود سم مورد نظر فقط در قسمت‌های سبز گیاه تولید شود و در قسمت دانه كه مورد مصرف انسان می‌باشد, تولید نمی‌شود.

بذرهای گیاهان تراریخته نسبت به تغذیه توسط لاروهای مهم‌ترین آفات زراعت برنج در ایران یعنی كرم ساقه‌خوار نواری برنج، كرم ساقه‌خوار زرد برنج، كرم سبز برگ‌خوار برنج و كرم برگ‌خوار برنج، دارای ایمنی كامل هستند و تمام لاروهای مذكور كه بر روی این گیاهان قرار گرفتند در مدت كمتر از 3 روز و قبل از ایجاد هر نوع خسارتی مرده و  از بین رفتند و نیازی به سمپاشی نبوده است. در كنار این موارد كلیه آزمایشات ایمنی زیستی بر روی این رقم انجام شده است. نتایج این آزمایشات نشان دادكه كلیه خصوصیات آن شبیه ارقام طبیعی برنج بوده و تنها خصوصیت تولید سم در بافتهای سبز، آن را از دیگر ارقام متمایز می‌كند. در حال حاضر این رقم با ارزش، آماده كشت در سطح وسیع در مزارع می‌باشد، كه با رفع موانع و مشكلات قانونی كشت گیاهان تراریخته در دسترس كشاورزان قرار خواهد گرفت. به این ترتیب اكنون محصولی در اختیار كشاورزان كشورمان قرار گرفته است كه علاوه بر برتری علمی مطلق و منحصر بفرد بودن در سراسر جهان، بی‌نیاز از مصرف سموم بوده و ضمن حفظ محیط زیست و افزایش گونه‌های مفید جانوری در محیط، موجب كاهش هزینه‌های تولید و عرضه محصولی عاری از بقایای سموم نیز می‌شود.

2. تولید اولین گیاه پنبه تراریخته در کشور

در حال حاضر بیماری قارچی ورتیسیلیوم (Verticillium dahlia) از مشكلات اصلی زراعت پنبه در مناطق مرطوب می‏باشد. ضدعفونی خاك با گاز متیل بروماید موجب از بین رفتن بیماری می‌شود ولی هزینه این روش بسیار زیاد بوده و اثرات زیان باری نیز روی موجودات خاكزی دارد، همچنین آلودگی محیط زیست را نیز به همراه دارد. یكی از سازوكارهای مبارزه با این بیماری تولید ارقام مقاوم از طریق مهندسی ژنتیك است. بدین منظور پلاسمید حاوی ژن كیتیناز در پژوهشكده بیوتكنولوژی كشاورزی  تهیه و به پنبه منتقل شد.

رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه‌های اخیر موجب شد تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب‌ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش‌های نوین زیست فناوری در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می‌دانیم، گیاهان، اصلی‌ترین و مهمترین منابع تجدید شونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه‌ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می‌گردد. به همین دلیل، کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک و زیست فناوری برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه‌ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش‌ها در شاخه‌های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.

عمده ترین كاربردهای‌ زیست فناوری ‌دركشاورزی‌ را می‌توان‌ به‌ دسته‌های‌ زیر تقسیم‌ كرد:

1. ایجاد گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ حشرات‌ و آفتها

2. ایجاد گیاهان‌ تحمل‌ كننده‌ علف‌كشها

3. ایجاد گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ بیماریهای‌ ویروسی‌ و قارچی‌

4. ایجاد گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ شرایط‌ سخت‌ مانند سرما، گرما و شوری‌

5. ایجاد گیاهان‌ دارای‌ ارزش‌های‌ غذائی‌ ویژه‌ و با طعم و عطر بهتر

6. ایجاد گیاهان‌ دارای‌ خاصیت‌ درمانی‌ ـ پیشگیری‌

7. ایجاد گیاهان‌ دارای‌ خصوصیت‌ متابولیكی‌ تغییر یافته‌ مانند رشد سریع‌ و راندمان‌ كشت‌ بالاتر

8. ایجاد دامهای‌ تراریخته كه‌ دارای‌ خصوصیات‌ ویژه‌ای‌ مانند تولید شیر زیاد یا گوشت‌ كم‌چربی‌

9. ایجاد جانورانی‌ كه‌ بعنوان‌ كارخانه‌ تولید آنتی‌بادی‌ و واكسن‌ و دارو عمل‌ كنند

10. ایجاد ماهیها و سایر دامهائی‌ كه‌ با سرعت‌ زیاد رشد می‌كنند

 

تولید گیاهان تراریخته

به‌کارگیری روش‌ها و فنون مهندسی ژنتیک و زیست فناوری مولکولی به طور جدی از سال 1983 آغاز و روندی به شدت رو به رشد را به ویژه در قلمرو اصلاح گیاهان زراعی استراتژیک، طی کرد. پیشرفت در این حوزه، فوق‌العاده چشمگیر است. به‌طوریکه در مدتی کمتر از هشت سال، سطح زیر کشت گیاهان دست‌ورزی شده ژنتیکی (Transgenic)، وسعتی بالغ بر 60 میلیون هکتار از اراضی کشاورزی جهان را به خود اختصاص داد. به این ترتیب، مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به منظور تأمین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان وارد عمل شده و مواد غذایی دستکاری شده ژنتیک (GMOs) به تدریج وارد بازار شد.

در سال 1986 نخستین آزمایش‌های مزرعه‌ای، با تنباکوی تراریخته، در امریکا و فرانسه صورت گرفت. چین نخستین کشوری بود که در سال 1990، تولیدگیاهان تراریخته (تنباکو) را به شکل تجاری آغاز کرد. امریکا، دومین کشوری بود که در سال 1994، گیاه تراریخته گوجه‌فرنگی را به شکل تجارتی تولید نمود. پس از آن، در فاصله سال‌های 1995 تا 1996، 35 گیاه تراریخته تولید شد که حدود 80 درصد آن‌ها مربوط به دو کشور امریکا و کانادا بودند. تا سال 1999، بین 25 تا 45 درصد تولید برخی از محصولات اصلی زراعی (ذرت، سویا و غیره) در امریکا، با استفاده از گیاهان تراریخته صورت می‌گرفت. درحال حاضر، حداقل 25 درصد از سطح زیر کشت ذرت تراریخته و 40 درصد از سطح زیرکشت سویای تراریختة جهان در آمریکاست.

وارد کردن ژن‌های فراوان (مربوط به صفات مختلف) به ده‌ها گونه گیاهی مانند گندم، جو، گوجه‌فرنگی، ذرت، سیب زمینی، سویا، پنبه، مارچوبه، تنباکو و چغندرقند جهت اصلاح یا بهبود فرآورده‌های کشاورزی، امکان تغییر ژنتیکی در راه‌های بیوسنتزی گیاهان برای تولید انبوه موادی مانند روغن‌های خوراکی، موم‌ها، چربی‌ها و نشاسته‌ها که در شرایط عادی به میزان بسیار جزیی تولید می‌شوند و کنترل آفات زیستی، تنها نمونه‌های کوچکی از کاربردهای گسترده گیاهان ترانس‌ژنی (تراریخته) را شامل می‌شوند.

احیای مراتع و جنگل‌ها و حفظ تنوع گونه‌های گیاهی و جانوری در مناطق کویری و بیابانی از دیگر عرصه‌های کشاورزی است که با کمک زیست فناوری روند سریع‌تری یافته است. برای مثال، بیوتکنولوژیست‌ها با شناسایی، تکثیر و پرورش گونه‌های واجد ژن‌های مقاومت به نمک، گیاهان مقاومی مانند کاکتوس‌ها، کاج و سرو اصلاح شده‌ای را تولید کرده‌اند که قابلیت رشد و تکثیر در مناطق سخت بیابانی را پیدا کرده‌اند. همچنین به کمک روش‌های بیوتکنولوژی، از جلبک‌ها و گل‌ولای موجود در دریاها، ترکیبات و کودهای زیستی سودمندی را برای حاصلخیزی زمین‌های کشاورزی تولید می‌کنند.

تولید جانوران ترانس‌ژنیک

تولید جانوران دست‌ورزی شده (ترانس‌ژنیک) نیز از دیگر دستاوردهای بسیار مهم زیست فناوری و ژنتیک جدید در عرصه علوم زیستی است که اهداف‌ ارزشمندی را دنبال می‌کند.

جانور ترانس‌ژن علاوه بر ما‌دة ژنتیکی خود، واجد مقداری مادة ژنتیکی اضافی با منشا خارجی می‌گردد. این جانور باید قادر باشد که ژن بیگانه را به نسل‌های بعدی انتقال دهد. امروزه روش‌های متعددی برای ایجاد جانوران ترانس‌ژنیک ابداع شده است.

آینده

کمتر شکی در مورد مدرن بودن زیست فناوری وجود دارد . بدون شک این فن آوری یک مد زود گذر نیست. انتظارات ایجاد شده برای توسعه تجاری مقاومت به علف کش ها و حشرات، آینده درخشانی را برای زیست فناوری کشاورزی خاطرنشان می نماید. با توجه به شواهد اولیه ای که در مورد استفاده از انتقال ژن های جدید به منظور ایجاد لاین های گیاهی سودمند برای تولید مواد شیمیایی ، از مواد دارویی گرفته تا پلاستیک های قابل تجزیه زیستی وجود دارد، چشم انداز آینده این زیست فناوری نیز امیدوار کننده است. زیست فناوری کشاورزی در مسیر خود از شروع به کار زیست فناوری تا تولید مزرعه ای محصولات تجاری  با موانع متعددی از محدودیت های علمی و تکنولوژیکی  تا مشکلات قانونی و مدیریتی ، عوامل اقتصادی و نگرانی های اجتماعی روبرو می باشد. فرضیه محافظه کارانه قوانین در اکثر کشور ها این است که تمام گیاهان تراریخت بطور بالقوه خطرناک هستند. خطرات احتمالی  مرتبط با ژن منتقل شده ویا فتوتیپ ایجاد شده است نه روش های مورد استفاده برای انتقال ژن. تا کنون گزارشی در مورد اثرات مضر محیطی و یا دیگر خطرات پیش بینی نشده گیاهان تراریخت در هزاران آزمایش مزرعه ای صورت گرفته در عرصه بین المللی ارائه نگردیده است ، با این حال نگرانی های متعددی در رابطه  با سیستم های کشاورزی ایجاد شده است. اکنون عکس العمل مصرف کننده به محصولات گیاهی تراریخته با آزادسازی تجاری واریته های پیشرفته در سطح تجاری سنجیده شده است. این آزاد سازی با افزایش انتشار اطلاعات در مورد گیاهان تراریخته به شکل قابل دسترس برای عموم، همزمان گردیده است. با این حال همچنان که محدودیت های تکنیکی برداشته می شوند، این احتمال وجود دارد که محدودیتهای تجاری به اصلی ترین موانع تبدیل گردند. زیست فناوری های جدید که در این عرصه خلق می گردند کاملا اختراعی بوده و واجد شرایط احراز حق حفاظت انحصاری و ملاحظه حقوق مالکیت معنوی می باشند.

فناوری هسته ای ابزارمهم در پژوهش های کشاورزی

دانایی محوری یکی از ارکان اساسی توسعه اقتصادی در بخش کشاورزی  و تلاش برای خودکفایی است و  دانش هسته ای هم فرایند تحقق این اهداف را سرعت می بخشد.

دانش هسته ای در فعالیت ها و  طرح های توسعه کشاورزی کاربردهای متنوعی دارد که به انها  اشاره می شود و پس از ان تاریخچه تحولات  دانش هسته ای کشورمان ارائه خواهد شد.

تولید ابزارهای مقاوم به شوری و سرما

با پرتودهی بذرها می توان آنها را در برابر آب و خاک شور و مناطق سرد مقاوم کرد و از این طریق در مناطق کویری هم می توان گیاهان مقاومت را کاشت و بارور کرد.

این اقدام زیر نظر آژانس بین المللی انرژی اتمی به منظور افزایش سطح زیر کشت در زمین های شور و مناطق خشک در مناطقی از استان های خوزستان، گلستان و یزد در حال انجام است.

در این روش با استفاده از پرتودهی گاما صفات مقاومت به شوری یا سرما ایجاد می شود، این تحقیقات هم اکنون روی گندم، دانه روغنی کلزا و برنج در حال انجام است.

طرح تحقیقاتی مقاوم سازی درخت اکالیپتوس به شوری و خشکی با استفاده از انرژی هسته ای به شکل پرتودهی گاما در دست اجراست.در صورت مقاوم سازی این درخت به شوری و خشکی، با استفاده از ان از حرکت شن های روان و فرسایش خاک جلوگیری می شود  و  شاهد سرسبزی منطقه و تامین علوفه دام به علت تثبیت خاک خواهیم بود.

تولید میوه های بدون هسته

مراکز تحقیقاتی جهادکشاورزی بیشترین همکاری را با سازمان انرژی اتمی  دارد و یکی از طرح های مشترک تولید پرتقال، نارنگی و پرتقال کم هسته در باغات تنکابن است.

خیام نکویی رئیس موسسه تحقیقاتی بیوتکنولوژی جهادکشاورزی می گوید: با استفاده از روش پرتوتابی گاما به بذر مرکبات یا میوه های هسته دار می توان با اصلاح ژنتیک میوه های با هسته کوچک یا  بی هسته تولید کرد که علاوه بر خوش خوراک بودن می تواند در جذب بازارهای بین المللی و ارتقای کیفیت محصول مرکبات و میوه های هسته دار موثر باشد.

افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی

رئیس موسسه تحقیقاتی بیوتکنولوژی جهادکشاورزی افزایش ماندگاری میوه به ویژه مرکبات را در سردخانه ها از دیگر کاربردهای انرژی هسته ای و کشاورزی می داند و  می افزاید: با استفاده از پرتودهی گاما و افزایش عمر ماندگاری محصولات باغی به ویژه مرکبات می توان ضایعات میوه را کاهش داد و زمان بیشتری برای بازاریابی و صادرات این محصولات به بازارهای بین المللی برای تولیدکنندگان و صادرکنندگان فراهم کرد.

خیام نکویی حفظ طعم و تازگی میوه ها به ویژه مرکبات را از دیگر مزایای کاربرد انرژی هسته ای در کشاورزی دانست.

به تاخیر انداختن جوانه زدن سیب زمینی و پیاز در انبارها و حفظ کیفیت این محصولات از طرح های تحقیقاتی است که کارشناسان بخش کشاورزی و سازمان انرژی اتمی در دست مطالعه و اجرا دارند.

کاربرد انرژی هسته ای در مبارزه با آفات محصولات کشاورزی

امروزه در جهان به بهداشت محصولات غذایی اهمیت زیادی می دهند .

برای افزایش سلامت محصولات کشاورزی و کاهش مصرف سم و کود شیمیایی می توان از فناوری پرتودهی هسته ای برای آفت زدایی از محصولات بدون استفاده از انواع سموم و کودهای شیمیایی بهره برد.

صالحی جوزانی عضو هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی با اشاره به اینکه استفاده از پرتودهی گاما در آفت زدایی از محصولات هیچ آسیبی به محصول نمی رساند، می گوید: استفاده از مواد شیمیایی و سموم در مبارزه با انواع آفات و قارچ ها علاوه بر کاهش سلامت محصول سبب آلودگی محیط زیست منابع آب و خاک می شود.

این عضو هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی تصریح  می کند: در کشور  20 میلیون تن انواع سم برای مبارزه با آفات مصرف می شود که با جایگزینی فناوری هسته ای این میزان کاهش چشمگیری خواهد داشت. 

وی می گوید : کارشناسان و متخصصان کشورمان با استفاده از انرژی هسته ای و پرتوتابی گاما ، آفات را عقیم می کنند و با رهاسازی آفات و حشره های عقیم این  فعالیت اقتصادی را سالم به نسل های بعدی انتقال می دهند و به این ترتیب جمعیت آفات کاهش می یابد.

این عضو هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی می افزاید: این روش هم اکنون برای کنترل آفت کرم گلوگاه انار و بیماری میکروبی خرما که سبب ترشیدگی و شکرک این محصول می شود با همکاری کارشناسان سازمان انرژی اتمی در حال اجراست.

صالحی جوزانی اضافه  می کند با پرتودهی به محصول خرما و کنترل عوامل میکروبی می توان از کاهش کیفیت سالانه 700 هزار تن خرمای کشور جلوگیری کرد. 

تولید گونه های پرمحصول و حفظ ذخایر ژنتیکی کشور

تولید گونه هایی از محصولات غذایی با حاصلخیزی بیشتر به منظور افزایش عملکرد محصول در واحد سطح و استفاده بهینه از منابع آب و خاک یکی از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای است.

خیام نکویی رییس موسسه بیوتکنولوژی جهادکشاورزی با تاکید بر بکارگیری انرژی هسته ای در این زمینه  می گوید : به جای اینکه سطح زیر کشت را افزایش دهیم می توانیم با استفاده از پرتودهی گاما ارقام بومی کم محصول را به ارقام مقاوم پرمحصول تبدیل کنیم.

وی از کاربرد انرژی هسته ای در افزایش محصول بذر گندم  طبسی خبر داده  و می افزاید: با استفاده از این روش میزان برداشت محصول از گندم از یک و نیم  تن در هر هکتار به 7 تن در هر هکتار افزایش یافته است.

رئیس موسسه بیوتکنولوژی جهادکشاورزی می گوید : از انرژی هسته ای برای جلوگیری از افتادگی ساقه ذرت و گندم در اردبیل نیز استفاده شده است.

خیام نکویی اضافه  می کند : با استفاده از فناوری هسته ای ساقه ذرت و گندم در منطقه اردبیل کوتاهتر و ضخیم تر شد و به این ترتیب  ضایعات محصول کاهش و تولید محصول در هر هکتار افزایش یافت.

این کارشناس کشاورزی تاکید می کند با استفاده از انرژی هسته ای می توان با اصلاح و بهبود ارقام بومی این گونه ها را که به عنوان میراث طبیعی کشور است حفظ  و از اختلاط آنها با ارقام غیربومی و نابودی گونه های بومی جلوگیری کرد.

 

افزایش سرعت تحقیقات

برخی تحقیقات کشاورزی برای رسیدن به نتیجه مطلوب زمان زیادی طلب می کند درحالی که با استفاده از فناوری هسته ای این زمان به نصف کاهش می یابد.

برای بررسی یک بذر تا رسیدن به نتیجه مطلوب در تحقیقات معمولی اگر ده سال زمان نیاز باشد در تحقیقات هسته ای به 5 سال کاهش می یابد.

خیام نکویی رئیس موسسه بیوتکنولوژی جهادکشاورزی می گوید: در روش معمولی برای تولید بذر اصلاح شده مثلا گندم که مقاوم به خشکی یا شوری باشد به حداقل 14 سال زمان نیاز است درحالی که با استفاده از فناوری هسته ای با پرتودهی گاما می توان در مدت 5 تا 6 سال بذر اصلاح شده گندم را تولید کرد.

 

ضرورت دستیابی به دانش و فناوری هسته ای

دستیابی به دانش و فناوری هسته ای  در ایران با  توجه به افزایش جمعیت و نیازهای غذایی کشور و کاهش سرانه منابع آبی و فرسایش خاک  امروزه  یک ضرورت است.

با بکارگیری فناوری های نوین و در راس آنها فناوری هسته ای می توان با استفاده بهینه از منابع موجود،مسیر تامین امنیت غذایی را برای جامعه امروز و نسل آینده هموار کرد و کشور را در زمینه تولید محصولات کشاورزی به ویژه محصولات استراتژیک به خودکفایی رساند. 

امروزه  دستیابی به دانش هسته ای یک انتخاب لوکس و تشریفاتی  یا محتاج  دستور و اوامر بیگانگان نیست بلکه یک ضرورت است و باید مسیر تحولات و پیشرفت دانشمندان جوان وطن را پاس بداریم و  ان را هموار و از انها حمایت کنیم.

در ادامه به تاریخچه تحولات  دانش هسته ای کشورمان  اشاره می شود.

تاریخچه انرژی اتمی ایران

سال 1315 مجلس شورای  وقت، ایجاد مرکز اتمی دانشگاه تهران را تصویب کرد و در آذر1344 رئاکتور پنج مگاواتی آموزشی و تحقیقاتی ایران آماده فعالیت شد.

در سال 1345 در مرکز تحقیقات هسته ای امیرآباد تهران این تجهیزات بکار گرفته شد. 

فعالیت این واحد تاکنون ادامه دارد و این رئاکتور بطور منظم از سوی آژانس بین المللی انرژی اتمی بررسی می شود.

سال 1352 سازمان انرژی اتمی تشکیل و در همان سال قراردادهای 10 ساله قابل تمدید برای تهیه سوخت هسته ای با کشورهای آلمان، فرانسه و آمریکا امضا شد.

قرار بود نیروگاه اتمی در بوشهر توسط وزارت تحقیقات و صنعت آلمان غربی سابق  به عنوان نخستین نیروگاه اتمی ایران در سال 1358 راه اندازی و بلافاصله پس از پایان کار احداث نیروگاه بعدی آغاز شود.

بر اساس این قرارداد قرار شد آمریکا پس از مذاکراتی که 22 مرداد 56 صورت گرفت  نیروگاههایی در ایران احداث کند و هشت رئاکتور اتمی به رژیم شاه بفروشد.

پانزده مهر 1356 نیز فرانسه اعلام کرد که دو نیروگاه اتمی در ایران تاسیس می کند و رئاکتورهایی به ایران می فروشد.

اما با پیروزی انقلاب شکوهمند اسلامی و در پی مخالفت دولت های غربی با انقلاب این روند متوقف شد و بخشی از امکانات نیز بمباران شد.

پس از پایان جنگ تحمیلی برای تکمیل و تجهیز نیروگاه هسته ای بوشهر مذاکراتی انجام شد اما پیمانکاران به علت فشار دولت های غربی کناره گیری کردند و در نهایت روس ها همکاری هسته ای با ایران را پذیرفتند.

سال های 64 تا 76 برای انتقال این دانش به کشور تلاش های زیادی انجام شد.

سال های 76 تا 80 با انتقال این دانش به کشور و ساخت وسایل و تجهیزات مورد نیاز در داخل ، ایران موفق به انجام آزمایشهای مربوط در محیط آزمایشگاهی شد.

از سال 80 این دانش به سایت هسته ای نطنز که از چند سال پیش احداث آن آغاز شده بود منتقل شد.

در همین زمان ایران به دانش غنی سازی اورانیوم از طریق لیزر در محیط آزمایشگاهی دست یافت و عملیات احداث رئاکتور آب سنگین اراک نیز آغاز شد و بالاخره ایران توانست فرایند غنی سازی و چرخه سوخت اتمی را اجرایی کند.

در سال 1382 براساس توافقنامه سعدآباد ، تهران متعهد شد که غنی سازی اورانیوم را به حالت تعلیق دراورد و برغم اینکه بیش از 100 ماشین سانتریفیوژ در نطنز داشت  صرفا 10 ماشین سانتریفیوژ به هم متصل و روی آنها تست انجام و اورانیوم تا یک و دو دهم درصد غنی شده بود.

براساس توافقنامه سعدآباد قرار شد ایران در اسفند 84 فرایند تحقیق و توسعه هسته ای را نطنز آغاز خواهد کرد.

متخصصان جمهوری اسلامی ایران پس از آغاز فعالیت مجدد هسته ای موفق شدند همه مراحل غنی سازی دستگاه های سانتریفیوژ را بومی کنند .

این سانتریفیوژها حدودا یک متر و هشتاد سانتی متر ارتفاع دارد و از 200 قطعه تشکیل شده که 94 قطعه آن بسیار حساس و دارای تکنولوژی بالایی است.