اصلاح غلات براي كمبود عنصر روي و اهميت آن در تعديل تنش خشكي

در ديم­زارها، تنش‌ خشكي مي‌تواند جذب روي توسط غلات را به­طرق مختلف از جمله با كاهش رشد و توسعه ريشه، كاهش ميزان تحرك و جابجايي روي در خاك تحت­تاثير قرار داده و كاهش دهد. از طرف ديگر، تحمل به تنش‌هاي محيطي نظير خشكي معمولاً با نياز بالا به عنصر روي براي تنظيم و حفظ بيان ژن‌هاي دخيل در محافظت از سلول‌‌ها در برابر اثرات مضر تنش همراه است. علاوه بر اين، تحت شرايط كمبود روي، گياهان قادر به كاهش توليد راديكال‌هاي آزاد حاصل از خشكي و نيز غير­سمي كردن اكسيژن فعال نيستند. از اينرو، تأثير توأم كمبود روي و تنش‌ خشكي در ديم­زارها موجب كاهش عملكرد دانه غلات و نيز كيفيت تغذيه‌اي گشته و در نتيجه موجب سوء تغذيه در ميلياردها انسان در جهان مي‌گردد. گرچه كاربرد كود روي مي‌تواند به حل اين مشكل كمك نمايد، ولي به ­دليل مشكلاتي نظير خشكي سطح خاك در ديم­زارها، تثبيت قسمت اعظم كود در خاك‌هاي رسي و عدم دسترسي زارعين به كود روي، جهت نيل به يك راه­حل اساسي و پايدار براي تصحيح كمبود روي در ديم­زارها، استفاده از ژنوتيپ‌هاي كارا در جذب و استفاده از روي مي‌تواند تكميل كننده كاربرد كود روي در نظر گرفته شود. از اينرو استفاده از روش‌هاي به‌نژادي در زمينه معرفي ارقامي با كارايي بالا در جذب و كارايي روي تحت شرايط ديم جهت تهيه و نيز بهبود وضعيت غذايي بخش مهمي از 8 ميليارد انسان در سال 2025 بيش از پيش اهميت مي­ يابد. كمبود عنصر روي در خاك گسترده‌ترين كمبود عناصر ريزمغذي در گياهان زراعي است و تقريباً 50 درصد خاك‌هاي تحت زراعت غلات با كمبود عنصر روي قابل دسترس گياه مواجه هستند. مشكل كمبود روي در شرايط ديم به­دليل نبود رطوبت كافي در اطراف ريشه تشديد مي‌گردد. كمبود روي باعث كاهش عملكرد و كيفيت تغذيه‌اي غلات از جمله گندم شده و باعث سوء تغذيه بيش از يك ميليارد انسان مخصوصاً در كشورهاي در حال توسعه از جمله ايران شده است. مرور منابع نشان مي‌دهد كه راه­حل اساسي و پايدار براي افزايش ميزان روي در دانه استفاده از سيستم‌هاي كشاورزي از حمله اصلاح نباتات مي‌باشد. صفات مؤثر در افزايش جذب روي، در ژنوم گندم موجود بوده و مي‌تواند در اصلاح ارقامي با غلظت بالاي روي و آهن بدون كاهش پروتئين و عملكرد مورد استفاده قرار گيرند. ضمناً اين صفات در محيط‌هاي مختلف از پايداري مطلوبي نيز برخوردار هستند. البته لازم به ذكر است فاكتورهاي منفي در خاك از قبيل pH بالا و مواد ارگانيك كم مي‌توانند ميزان روي قابل دسترس براي گياه را كاهش داده و توانايي ارقام اصلاح­ شده را در جذب و تجمع روي در بذر به ­شدت تحت ­تاثير قرار دهند. تنوع ژنتيكي براي كارائي روي در غلات مشاهده شده، كه اين تنوع مي‌تواند در برنامه‌‌هاي اصلاح غلات براي معرفي ارقامي با كارائي بهتر در جذب و تجمع روي مورد بهره‌برداري قرار گيرد. سازوكارهاي مختلفي نظير افزايش جذب روي از خاك، افزايش دسترسي عنصر در ناحيه ريزوسفر ريشه در نتيجه آزادسازي ترشحات ريشه‌اي، كارايي بهتر در استفاده از روي در داخل گياه مي‌توانند باعث افزايش كارائي روي در گياهان زراعي گردد. در گندم و جو توانائي جذب روي از طريق ريشه يكي از مكانيسم‌هاي مهم در كارائي روي مي‌باشد. تنش خشكي و كمبود روي از عوامل عمده محدود كننده توليد محصول در ديمزارهاي ايران مي‌باشد، ولي متأسفانه اصلاح براي كمبود روي و مطالعه برهم­كنش بين تنش خشكي و كمبود روي به­صورت وسيعي در ديم­ زارها انجام نگرفته است. وضعيت تغذيه روي در گياه ممكن است حساسيت گياه به كمبود آب را به­طرق مختلف تحت­ تأثير قرار دهد. گياهان در معرض تنش روي، كارايي كمتري در استفاده از آب داشته و توانايي آنها در تنظيم فشار اسمزي جهت مقابله با تنش رطوبتي كمتر از گياهاني است كه به ­ميزان كافي روي دسترسي دارند. به ­علاوه، تنش خشكي گياهان را با القاي توليد اكسيژن فعال مي­ كشد. ميزان كافي از روي در غير­سمي كردن اكسيژن فعال و نيز كاهش توليد راديكال­هاي آزاد مؤثر است. از اين رو، كمبود روي احتمال كاهش عملكرد در نتيجه خشكي را تشديد مي­ كند. از طرف ديگر، منابع موجود نشان مي­ دهند كاربرد كودهاي روي مي­ تواند دسترسي گياه به روي را افزايش داده و موجب افزايش تحمل به خشكي گردد.

Drought stress limits zinc absorption by cereal plant because of reduction of root growth and development as well as declining zinc movement in soil. On the other hand, tolerance to drought needs enough available zinc for plant to well regulate expression of genes that are responsible for cell protection against drought stress. Moreover, zinc deficient plants unable to detoxify reactive oxygen species (ROS) under drought stress conditions. Hence, zinc deficiency along with drought lessen grain yield and its nutritional quality, which cause hidden hunger in billions people worldwide. Although, zinc fertilizers can solve the problem, but it is not a sustainable solution in drylands because of soil surface dryness, zinc fixation in clay soils, and fertilizer unavailability. Along with zinc fertilizers, cultivation of zinc efficient varieties will be a complementary and viable solution in drylands. Hence, breeding zinc efficient cereals is a sustainable and necessary method to improve grain yield and nutritional quality of people food in 2025. Zinc deficiency in crops is the most widespread micronutrient deficiency, with about 50% of the cereal-growing area worldwide containing low levels of plant-available Zn. Zinc deficiency in soils reduces yield and nutritional quality of cereal (e.g. wheat) and afflicts 1 billion people especially in many developing countries like Iran. Sustainable solutions can only be developed through agricultural system approaches such as plant breeding. Micronutrient enrichment traits are available within wheat genomes that could allow for substantial increases in Fe, Zn and without negatively impacting protein and yield. There is considerable genotypic variation both within and between cereals for micronutrient efficiency. A number of studies have demonstrated differential Zn efficiency in barley, suggesting that genotypic variation could be exploited in breeding programs to produce genotypes with higher Zn efficiency. Various mechanisms may explain Zn efficiency in crops, including increased Zn uptake, increased Zn availability in the rhizosphere due to release of root exudates, and more efficient internal Zn use. In wheat and barley, Zn-uptake capacity of roots is one of the mechanisms of Zn efficiency. Drought stress and zinc (Zn) deficiency are serious abiotic stress factors limiting crop production in drylands of Iran, but the interaction between Zn deficiency and drought stress has not been studied extensively. Zinc nutritional status of plants may affect the drought sensitivity of plants in different ways. Zinc-deficient plants use water less efficiently and are less able to respond to increasing soil water deficits by osmotic adjustment than plants that are supplied with adequate levels of Zn. Moreover, drought stress kills plants by inducing production of reactive oxygen species (ROS). An adequate Zn nutrition can be involved in detoxification of ROS, and it is also important for reducing the production of free radicals. Therefore, likely that drought stress-related yield loss is additionally accentuated when plants would simultaneously suffer from Zn-deficiency stress. On the other hand, the review of literature indicates that application of Zn fertilizers has a potential to increase availability of Zn to plants, which will result in enhanced drought tolerance.