زراعت و اصلاح نباتات
مقدمه
ایران کشوری است که از توانمندیهای خوب بالقوه و بالفعل کشاورزی برخوردار بوده و کشاورزی در برنامه های توسعه کشور از محورهای اصلی است. توسعه کشاورزی نیازمند نیروی انسانی ماهر است که بتواند عملیات کشاورزی مربوط به محصولات زراعی و باغی را بر اساس یافته های جدید علمی انجام دهد و بیشترین بازدهی و محصول را در بهره گیری از منابع به دست آورد. زراعت واصلاح نباتات از جمله مباحث مهم علمی است به گونه ای که امروزه به عنوان یکی از شاخه های مهندسی کشاورزی در دانشگاه های ایران و جهان تدریس میشود. مطالعه و بررسی در زمینه کاشت و پرورش گیاهان زراعی و انتخاب ارقام مناسب این گیاهان و برداشت صحیح محصولات آنها در این رشته صورت میگیرد. آشنائی با تكنیك‌های صحیح و علمی زراعت به ما كمك می‌كند تا از منابع آب و خاك كشور در جهت تامین تولیدات گیاهی مورد نیاز جامعه به نحو مطلوب بهره‌برداری كنیم. در غیر این صورت اعمال فشار در زمینه تولیدات گیاهی و متوسل شدن به روشهای ناصحیح و بهره‌برداری بیش از حد از منابع طبیعی، نه تنها كمكی به خود اتكایی كشور نمی‌كند بلكه خسارت‌های جبران‌ناپذیری بر محیط‌زیست وارد می‌آورد.
معرفی رشته زراعت و اصلاح نباتات:
رشته زراعت و اصلاح نباتات یکی از گرایشهای مهم و اساسی در مجموعه مهندسی کشاورزی به شمار می‌آید. مجموعه مهندسی کشاورزی نیز از رشته‌های پراهمیت و جذاب در مجموعه علوم تجربی می‌باشد که توسط داوطلبان گروه آزمایشی علوم تجربی انتخاب می‌گردد. توسعه کشاورزی نیازمند نیروی انسانی ماهر است که بتواند عملیات کشاورزی مربوط به محصولات زراعی و باغی را بر اساس یافته‌های جدید علمی انجام دهد و بیشترین بازدهی و محصول را در بهره گیری از منابع به دست آورد. تربیت کاردان فنی، به عنوان رابط بین مهندسان و متخصصان کشاورزی و کشاورزان در کشور، دارای اهمیت فوق العاده است. تأمین نیروی انسانی در این مقطع می تواند نقش سازنده‌ای را در توسعه کشاورزی ایفا نماید. مطالعه و بررسی در زمینه کاشت و پرورش گیاهان زراعی و انتخاب ارقام مناسب این گیاهان و برداشت صحیح محصولات آنها در رشته ای از علوم دانشگاهی قرار می گیرد که با عنوان زراعت و اصلاح نباتات نامیده می شود.هدف از ایجاد دوره کارشناسی در رشته زراعت و اصلاح نباتات تربیت افرادی است که بتوانند به عنوان کارشناس در زمینه‌های مختلف تولیدی کار و در برنامه ریزیهای منطقه ای و مطالعاتی و همچنین به صورت مربی آموزشی در دبیرستانها و هنرستانهای کشاورزی، و به عنوان مجری امور تحقیقات کشاورزی و یا به عنوان مدیر و مجری واحدهای تولیدی دولتی و خصوصی بخش کشاورزی منشأ خدمت باشند.
زراعت فرایند کاشت، داشت و برداشت گیاهان می باشد. بطور کلی هدف از زراعت و تولید گیاهان زراعی مختلف دستیابی به محصولاتی است که به منظورهای زیر کشت می شوند.
• تولید دانه به منظور تغذیه انسان و دام مانند گندم، جو، ذرت و غیره.
• تولید و شاخ و برگ سبز برای تغذیه دام مانند یونجه، شبدر، اسپرس.
• بدست آوردن ریشه، غده، برگ و گل گیاه به منظور تغذیه مانند چغندر قند هویج، کاهو و گل کلم.
• تولید غده سیب زمینی برای تهیه نشاسته و ساقه نیشکر برای تولید شکر.
• تولید گیاهان روغنی و لیفی برای تهیه مواد خام صنایع تبدیلی در کشاورزی، در هر صورت عملیات برداشت از چیدن محصول تا نگهداری و انبار و ذخیره کردن محصولات را در بر می گیرد.
گیاهان زراعی بسیار متنوع بوده ،به صورت های مختلفی مصرف گشته و در عملیات زراعی نیز تفاوت های زیادی با یکدیگر دارند. با این حال ،گیاهان زراعی مختلف دارای وجوه اشتراک زیادی می باشند. به طور کلی گیاهان زراعی را می توان به صورت های مختلفی از جمله بر اساس خصوصیات گیاهشناسی و تکاملی ، هدف تولید و مورد مصرف ، طول عمر گیاه ، نیازهای محیطی و شرایط مطلوب رشد، عملیات زراعی و غیره گروه بندی نمود. محصولات زراعی به دلیل دارا بودن خصوصیات مختلف و چند هدفی بودن تولید ممکن است در دو یا چند گروه مختلف قرار گیرند.
عملیات کشاورزی به سه دسته کاشت داشت و برداشت تقسیم میشود
کاشت
کاشت شامل فرآیندهای مختلفی می‌باشد که رعایت فرآیندهای مورد نظر موفقیت در کاشت را در پی خواهد داشت این فرآیندها شامل :
• شخم و آماده سازی مکانیکی و فیزیکی
• بذرپاشی یا کاشت و استقرار اولیه گیاهان
• آبیاری و زهکشی یا مدیریت آب و هوا در خاک
• مصرف کود و نهاده‌های غذایی مورد نیاز گیاهان
داشت
کلیه عملیاتی را که در فاصله جوانه زدن بذر تا برداشت محصول انجام می گیرد عملیات داشت می گویند. این مرحله عبارت است از: آبیاری, تنک کردن, واکاری, خاک دادن پای بوته ها, سله شکنی, وجین کردن, کود دادن, مبارزه با حشرات و آفات, کنترل امراض و بیماریها و مبارزه با علف های هرز .
برداشت
پس از اتمام دوره رشد و نمو گیاه، هنگام برداشت محصول فرا می رسد. البته گیاهان را همیشه پس از پایان دوره رشد و رسیدگی کامل برداشت نمی کنند و زمان برداشت موقعی خواهد بود که گیاه حداکثر ارزش کیفی و کمی را حاصل نموده و یا به عبارت دیگر مرحله رسیدن فیزیولوژیک فرا رسیده باشد.چنانچه برداشت محصول دیرتر انجام شود و دقت کافی در طی عملیات برداشت صورت نگیرد معمولاً عملکرد محصول کاهش می یابد. پس از چیدن (برداشت) محصول نیز به علت ادامه برخی فعالیتهای حیاتی در اندام‌های برداشت شده مثل تنفس یا تبخیر آب چنانچه محصول در شرایط نامناسبی نگهداری یا انبار شود مقداری از مواد ذخیره (مواد آلی) خود را از دست خواهد داد وحتی ممکن است مورد حمله آفات انباری و برخی بیماریهای قارچی قرار گرفته کمیت و کیفیت محصول دچار نقصان شود.
اصلاح نباتات
اصلاح نباتات به علم هنر تعبیر در ساختار ژنتیكی گیاه گفته می شود كه به منظور رفع نیاز انسان و دام صورت می گیرد. اغاز اصلاح به زمانی باز می گردد كه انسان به صورت آگاهانه اقدام به انتخاب گونه های برتركرد به این شكل كه آنها بذرگیاهانی را كه خواه از نظر مزه ویا میزان محصول بهتر بودند راجمع كرده وبرای فصل بعد كشت مورد استفاده قرار می دادند . امروزه در اصلاح نباتات از علوم مختلفی بهره گیری می شود : ژنتیك وسیتولوژی ، آمار واحتمالات، زراعت وباغ بانی ، فیزیولوژی گیاهی ،بیوشیمی ، حشره شناسی ، پاتولوژی ، گیاه شناسی.
هدف اصلاحی نهایی در هر برنامه اصلاحی افزایش عملکرد می‌باشد. در شرایط نا مساعد افزایش عملکرد به طریق اصلاح نباتات به مقدار کم و صرف زمان طولانی ممکن است ژن های کنترل کننده عملکرد برای بروز حداکثر پتانسیل خود به عوامل محیطی تولید وابسته می‌باشند. به طور کلی عمدترین اهداف اصلاح نباتات را می‌توان در عناوین زیر خلاصه میشود
• بهبود کیفیت
• افزایش تولید در واحد سطح
• مقاومت به آفات و بیماری
• مقاومت به تنش های محیطی
تکنیک های مورد استفاده در اصلاح نباتات
الف)کشت بافت
کشت بافت فرایندی است که در آن قطعات کوچکی از بافت زنده از گیاهی جدا شده و به مدت کشت نا محدودی در یک محیط مغذی رشد داده می شود. کاشت بافتهای گیاهی در آزمایشگاه ، ابزار مناسبی برای رسیدن به هدفهای ناممکن است که در شرایط خارج آزمایشگاه وجود دارد نتایج کشت در آزمایشگاه دارای اهمیت زیادی در کشاورزی ، باغبانی و جنگلداری است. علاوه بر کاربرد عملی این تکنیک ، کشت سلول گیاهی ، بافت و اندام ، نقش زیادی را در بهبود آگاهی ما در رابطه با علم سلولی _ تکوینی گیاهی داشته است. در حال حاضر کشت سلول ، دارای اهمیتی خاص در بیوتکنولوژی است و متخصصین در حال تلاش جهت رشد سلول گیاهی به منظور بدست آوردن فرآورده‌های صنعتی از متابولیتهای ثانویه هستند. از تکنیک کشت بافت در موارد زیر استفاده فراوان میشود:
تولید گیاهان عاری از ویروس
مبارزه با آلودگیهای داخلی که بوسیله ویروسها ، مایکوپلاسماها و قارچهای میکروسکوپی ایجاد میشود، بسیار مشکل می‌باشد. برخلاف آنچه که قبلا تصور می‌شد، ویروسها می‌توانند طی تکثیر جنسی نیز منتقل شوند. حداقل 80 نوع از ویروسهای گیاهی می‌توانند از طریق بذر منتقل شوند. ویروسها باعث کاهش عملکرد و همچنین کاهش کیفیت تولیدات گیاهی می‌شوند.
بنابراین بسیار مهم است که مواد اولیه‌ای که برای تکثیر رویشی استفاده می‌شوند، عاری از ویروس باشند. پنج روش برای تولید گیاهان عاری از ویروس وجود دارد. استفاده از گرما ، کشت مریستم ، استفاده از گرما و سپس کشت مریستم ، تشکیل اندام هوایی نابجا و سپس کشت مریستم و پیوند مریستم روی پایه‌های عاری از ویروس که به آن ریز پیوندی نیز گفته میشود.
تولید گیاهان عاری از باکتری و قارچ بوسیله کشت مریستم
به نظر می‌رسد که تولید گیاهان عاری از باکتری و قارچ نیز بوسیله کشت مریستم امکان‌پذیر است. مهمترین جنسهای باکتری که بایستی حذف شوند، عبارتند از: Erwinia ، Pseudomonas و Bacillus و مهمترین جنس قارچها عبارتند از: Fusarium ، verticillium و Rhizoctonia. گاهی اوقات برای تعیین این که آیا گیاه عاری از باکتری یا قارچ است، یک محیط کشت غنی ، بکار می‌رود. اولین تحقیق از کشت مریستم میخک برای تولید گیاهان عاری از قارچ انجام گرفت. کشت مریستم بطور موفقیت آمیزی برای حذف باکتری Xanthomonas در گیاه بگونیا ، صورت گرفته است.
دست ورزی ژنتیکی
. دست ورزی ژنتیکی یک روش ژنتیک مولکولی انتقال مواد ژنتیکی از سلول (پروتوپلاست) دیگر در شرایط آزمایشگاهی بدون توجه به مرحله زایشی می‌باشد. انواع روشهای دست ورزی ژنتیکی شامل دو رگه‌گیری سوماتیکی ، دو رگه سیتوپلاسمی ، جذب و جابجایی هسته‌های ایزوله شده و کروموزومها و انتقال ژنتیکی.
ب) مهندسی ژنتیک
مهندسی ژنتیک را می‌توان به طور کلی شامل تکنیک‌هایی دانست که باعث بروز یک صفت خاص در یک جاندار میشود و یا منجر به تولید یک محصول به شیوه‌ای غیر از شیوه طبیعی می شود.
جداسازی، خالص سازی، وارد کردن و تظاهر یک ژن خاص در یک میزبان از جمله این تکنیک‌ها هستند.کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه و همچنین تولیدات صنعتی، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه ، بررسی‌هایی مانند مکانیزم‌های همانند سازی DNA و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئینهای داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است.
در زمینه کشاورزی (که زمینه بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک بوده است) تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی و تولید گیاهان پرمحصول را می‌توان نام برد. تشخیص بیماریهای ارثی ، تولید انسولین انسانی ، تولید هورمون رشد انسان و ... از کاربردهای مهندسی ژنتیک در زمینه کاربردهای انسانی هستند.
ج)بیوتکنولوژی
بیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه ای از تکنیک های علمی کاربردی در توسعه وپیشرفت گیاهان وحیوانات ومیکروارگانیسم هاست .برپایه شناخت DNAدانشمندان راه حلهایی را جهت پیشرفت در تولیدات کشاورزی ارایه دادند.با توانایی در شناخت ژن های موثر بر محصولات خاص ونیز توانایی به کار گیری بسیا ردقیق این چنین خصوصیات ,بیوتکنولوژی توانایی اصلاح گران را در ایجاد محصولات و حیوانات خاص ارتقا میدهد.بیوتکنولوژی پیشرفت هایی را ارایه میدهد که امکان آن با روش های قدیمی برای گونه مربوطه وجود ندارد .
کاربرد بیو تکنولوژی در کشاورزی:
o ایجاد گیاهان مقاوم به حشرات و آفت ها
o ایجاد گیاهان تحمل کننده علف‌کش ها
o ایجاد گیاهان مقاوم به بیماری های ویروسی و قارچی
o ایجاد گیاهان مقاوم به شرایط سخت مانند سرما ، گرما و شوری
o ایجاد گیاهان دارای ارزش‌های غذائی ویژه
o ایجاد گیاهان دارای خاصیت درمانی ـ پیشگیری
چشم انداز
با توجه به این که در حال حاضر حدود 16 میلیون هکتار از اراضی کشور زیرکشت محصولات مختلف زراعی قرار دارد و با عنایت به این که مساحت زمینهای قابل کشت در کشور حدود 50 میلیون هکتار است، و نظر بر این که ایران از تنوع آب و هوایی برخوردار است؛ با برنامه ریزی صحیح و دقیق و با استفاده از دانش کارشناسان رشته زراعت و اصلاح نباتات، می توان به میزان هر چه بیشتر از زمینهای کشور برای افزایش تولید کمی و کیفی بهره برداری نمود. این مطالب ضرورت و اهمیت تربیت افرادی را که بتوانند با به کار گرفتن دانش خود در جهت رسیدن به این اهداف اقدام نمایند، مشخص می کند. همچنین از جمله مشکلات کشاورزی در کشور ما همواره این بوده است که مجریان فعالیتهای تولیدی کشاورزی، کمتر تحصیلاتی در زمینه کشاورزی داشته اند؛ به طوری که روشهای کار همچنان سنتی و قدیمی باقی مانده است. در حالی که در سطوح بالاتر یعنی کارشناسان و یا مراکز برنامه ریز و هدایت گر، توان بالایی برای تأمین فن آوری مورد نیاز وجود دارد. از بین بردن این خلا یعنی تربیت کاردانها در این رشته، می تواند ضمن بهره گیری از تواناییهای متخصصان و صاحبنظران سطوح بالاتر، با به کارگیری دانش و فنون جدید در امور کاشت و نگه داری محصولات زراعی و باغی، برنامه های کشاورزی را با بازدهی بیشتری قرین سازد.
