رادیوایزوتوپ ها برای تحقیقات گیاهی

[MR_Jentelman]

ایزوتوپ های رادیواکتیو کلید اصلی زیست شناسان در شناختن دوران عمر و رشد گیاهان مهم غذایی بشمار می روند.


اکثر مطالعات آنها بر روی عمل گرده افشانی متمرکز می شود که باید از گل گیاه به گیاه دیگری از همان نوع یا در آنهایی که میوه یا دانه تشکیل می گردد ، انجام گیرد. همانطوری که اطلاع دارید ، حشرات و بادها عوامل اصلی هاگ افشانی از یک گل به گل دیگر می باشند. با توجه به آنچه گفته شد ، مسئله ای که گیاه شناسان را به حیرت آورده این است ، پس از نشستن دانه های ریز هاگ بر روی کلاله که قسمتی از مادگی گل گیاه است ، واقعا چه عملی برای آنها اتفاق می افتد؟ و چگونه این هاگ های ریز باعث تشکیل دانه می شوند؟

در یک رشته از آزمایش ها به منظور کشف قسمتی از اسرار گرده افشانی در گلخانه مخصوصی که برای همین هدف ساخته شده و به نام مزرعه سرپوشیده ایزوتوپی نامیدند ، دانه های تنباکو ، ذرت و گندم سیاه را پرورش دادند. هوای داخل این گلخانه دارای اکسید کربن بود که مقداری از اتم های آن از نوع کربن 14 رادیو اکتیو و همچنین به خاکی که این گیاهان در آن رشد می نمودند ، مقدار بسیار کمی ایزوتوپ رادیو اکتیو فسفر 32 اضافه نمودند. در انتهای زندگی گیاهان تدریجا ایزوتوپ ها فسفر 32 از راه ریشه و کربن 14 از طریق عمل فتوسنتز یا ترکیب مواد به کمک نور توسط آنها جذب گردید. هنگامی که گیاهان تشکیل گل دادند هاگ های آنها دارای مقدار زیادی از اتم های رادیو اکتیو بود.
این گرده های مخصوصی که دارای ایزوتوپ های رادیو اکتیو می باشند توسط گیاه شناسان برای بارور کردن گیاهان معمولی استفاده می شوند. علائمی که در اثر فساد اتم های کربن و فسفر بروز می کند دانشمندان را در چگونگی انجام اعمال گرده افشانی کمک های شایانی نموده و منجر به کشف اسرار بسیار جالبی شده است.
مثلا دانشمندان از مدت ها قبل می دانستند که گرده های ریز شروع به رشد و نمو نموده از راه کلاله یا قسمتی از مادگی گل به کیسه تخم به داخل تخمدان گل می رسند. سپس این تخمکها توسط دانه های دیگر موجود در گرده ها که از طریق لوله تخمدان وارد شده اند ، بارور می شوند. دانشمندان تا این اواخر معتقد بودند که در حقیقت تنها یک دانه کرده تخمک های یک گیاه را بارور می سازد.
در صورتی که هاگهای فرستنده علامت ، داستان کاملا متفاوتی را شرح می دادند ، دانشمندان در یک رشته از آزمایش های گل های گندم ، ذرت و تنباکو را با گرده های ایزوتوپ دار بارور نمودند. چند روز پس از انجام عمل لقاح این گیاهان با گیاهان معمولی گرده افشانی شدند. سپس علائمی که از هاگ های ایزوتوپ دار دریافت می گردید ، از بافتها و کلاله گل های گیاهانی بود که به تازگی گرده افشانی نموده بودند. این کشف بدان مفهوم بود که یا دانه های های هاگ علامت فرستنده در لوله های گرده افشانی روئیده و سپس وارد قسمت مادگی شده بودند و یا این که توسط گیاهان دیگر که گرده افشانی نموده بودند گرفته شده است.

برای کشف این که واقعا چه اتفاقی افتاده است ، گیاه شناسان مقدار علائمی را که از یک دانه هاگ ایزوتوپ دار فرستاده می شد ، اندازه گرفتند. سپس تعداد علائمی که از تخمک یک گل بارور شده می آمد ، تعیین گردید. محاسبات فوق این حقیقت تکان دهنده را آشکار نمد که تقریبا 3.1 دانه هاگ وارد یک تخم تنباکو شده و در حدود 2.5 هاگ یک تخم ذرت و تقریبا پنج دانه هاگ هر دانه گندم را بارور نموده بود. به زبان دیگر یک گیاه که توسط پنج دانه هاگ مختلف بارور شود ، خصوصیات هر پنج دانه هاگ را که پدر و مادر آن می باشد خواهد داشت. هم اکنون اطلاعات دقیق در باره مراحل کامل گرده افشانی گیاه شناسان را در راه توسعه بیشتر گیاهان غذایی که در مقابل آفات مصونیت بیشتری دارند کمک می نماید.
قهوه جهت بیدار کردن کشاورزان برزیلی هنگام صبح یا برای رفع خستگی در مدت روز از هر نوشیدنی دیگر برای آنها لذت بخش تر می باشد. شاید بخاطر این باشد که یک بیلیون دلار درآمد محصول قهوه است. به همین سبب هم اکنون پروژه های وسیع پژوهشی جهت ازدیاد کشت و محصول قهوه در امریکای جنوبی در دست اقدام می باشد. دلیل مهمی که چرا بعضی از مزارع کشاورزی در برزیل از ضعف حاصل خیزی رنج می برند ، این است که خاک آنها به اندازه کافی مواد مهم لازم جهت تغذیه گیاهان را ندارد. اکثر کشاورزان برزیلی بطور کامل به روش جدید آماده کردن مواد غذایی خاک به اضافه نمودن عناصر لازم مانند فسفر و نیتروژن به مقدار کافی به خاک آشنایی ندارند. در برزیل یکی از عناصری که در پرورش قهوه دارای اهمیت بسیار است فلز «روی» می باشد. هنگامی که زمین دارای کمبود این عنصر با اهمیت باشد بر روی درختان قهوه برگ های کوچک و ناقصی می روید که در نتیجه محصول دانه های ریز و کوچکی خواهد شد. دانشمندان کشاورزی برای حل مسئله کمبود روی اقدام به استفاده از ایزوتوپ رادیو اکتیو روی 65 نموده اند. در یک رشته از پژوهش های علمی چندین درخت قهوه به آزمایشگاه آورده ، به چهار دسته مجزا تقسیم نمودند. پودر روی 65 رادیو اکتیو را به صورت محلول کلرور روی در آورده و طوری به درختان فوق پاشیدند که دسته اول فقط برگ های فوقانی و دسته دوم فقط برگ های قسمت تحتانی و دسته سوم تمام برگ های آن آلوده شدند. به دسته دیگری از درختان قهوه عنصر روی را از راه مخلوط کردن آن با خاک ریشه ارائه نمودند.

دانشمندان پس از دو ماه انتظار آماده نتیجه گیری از آزمایش مذکور شدند. از هر درخت قهوه چند برگ نمونه انتخاب و پس از شستشو آنها را به تنهایی وزن نمودند. سپس میزان تشعشع رادیو اکتیو برگ های انتخاب شده را اندازه گرفتند. این آزمایش نشان داد که کدام برگ ها حداکثر روی 65 را جذب نموده و در نتیجه بهترین روش مناسب جهت ارائه روی 65 به میزان کافی جهت تغذیه درختان قهوه را انتخاب نمودند. نتایج این آزمایش نشان داد هنگامی که عنصر روی به خاک اضافه شود فقط 50% جذب می گردد و موقعی که به صورت محلول بر روی برگ های فوقانی پاشیده شود 12% و هنگامی که به برگ های قسمت پایین درخت پاشیده شود تا 42% آن جذب می گردد که در نتیجه منجر به پرورش درختان قهوه سالمتر و پربارتر می شود. آزمایش های فوق نه تنها به پرورش دهندگان بهترین روش تهیه و تامین روی به درختان قهوه را آموخت ، بلکه طریق صرفه جویی در اضافه نمودن آن را نیز یاد داد. اکنون کشاورزان برزیلی می دانند که فقط به برگ های قسمت تحتانی باید محلول روی پاشیده و اگر تمام برگهای درخت را با محلول آلوده سازند 80% باروری آن از بین می رود.
کشاورزان جهت اطلاع از این که چه مقدار از سم مصرف شده برای کشتن حشرات مفید بوده و چه میزان آن هدر رفته ، از هیچ روشی اطلاع نداشتند. اکنون با کمک ایزوتوپ های رادیو اکتیو این امکان وجود دارد که مسیر سموم را از لحظه پاشیدن آن در باغ های میوه تا هنگامی که در بدن حشرات مسموم مشاهده می شود ، دنبال نمو. یکی از سموم آفات نباتی که بطور موثر همراه ایزوتوپ های متشعشع مورد استفاده قرار می گیرد «روتنون» است که سم خطرناکی بشمار می رود و از ریشه تعدادی از گیاهان مشخصی که معروفترین آنها گیاه «بارباسکو» می باشد تهیه می شود.

برای این که ماده روتنون را با مواد ردیاب مخلوط نمایند ، گیاه بارباسکو را در محفظه های سر بسته پرورش داده و در آنجا از اکسیدکربن مخصوص که دارای اتم های متشعشع کربن 14 بوده و در مراحل انجام عمل فتوسنتز گیاهان به کار می رود مورد استفاده قرار می دهند.

سپس ماده روتنون آلوده به مواد رادیو اکتیو را بر روی درختان سیب باغ ها می پاشند. میزان تشعشع کربن 14 دریافت شده از حشرات موذی که از برگ های درختان سیب مذکور تغذیه می نمایند می توانند دانشمندان را در تعیین مقدار سم روتنون مورد نیاز جهت نابود کردن حشرات مضر کمک نماید. هنگامی که باغ های مرکبات کالیفرنیا در اثر کرم های ریز در معرض انهدام قرار گرفته بود ، دانشمندان کشاورزی با استفاده از ردیابی ایزوتوپ های رادیو اکتیو بهترین نوع سموم دفع آفات را که بدون صدمه رسانیدن به درختان ، حشرات را نابود می کرد ، تعیین نمودند. دانشمندان ابتدا مواد دفع آفات را با مقدار کمی از ایزوتوپ های رادیو اکتیو مشخص نمودند و پس از پاشیدن آن به درختان به سبب تعیین مقدار سم جذب شده و اثرات آن بر کرم ها ، میزان تشعشع رادیو اکتیو منتشر شده از کرم ها را اندازه گرفتند ، در نتیجه مرکز تولید مرکبات کالیفرنیا از خطر انهدام رهایی جست و بعدها یکی از دانشمندان ، عامل این موفقیت را مرهون وجود ایزوتوپ های رادیو اکتیو اعلام نمود.

حتی تشعشعی که از ایزوتوپ ها انتشار می یابد از راه های موثرتری کشاورزان را در مبارزه با خطرات حشرات یاری می نمایند. در گذشته یک نوع حشره دوبال متعلق به جنوب شرقی ممالک متحده به محصولات کشاورزی میلیون ها دلار هر ساله خسارت وارد می ساخت. حشرات بالغ جنس ماده تخم های خود را به تعداد زیاد در نزدیکی زخم های عفونت کرده در روی بدن حیوانات خون گرم می گذاردند. این تخم ها پس از 24 ساعت باز شده و کرم های ریز از راه نقب زدن در گوشت حیوان فرو رفته و در مدت پنج روز در همانجا تغذیه می نمودند. پس از بالغ شدن نوزادان بر روی زمین افتاده و مرحله نوچگی را آغاز نموده و پس از 20 الی50 روز تبدیل به یک حشره می شدند. بنابراین هر چند هفته یک نسل از کرم های بالدار که نابود کننده محصولات هستند ، ظاهر می گردند.

[MR_Jentelman]

در سال 1958 یکی از دانشمندان کشاورزی ممالک متحده امریکا متوجه شد که می توان از تشعشع ایزوتوپ ها برای جلوگیری و نابود کردن کرم های بالدار فوق استفاده نمود.


از آنجایی که هر حشره ماده تنها یک بار جفت گیری می نماید اگر از جفت گیری حشرات نر با ماده و بارور کردن تخم های آن جلوگیری به عمل آید می توان تعداد کل حشرات را محدود ساخت.

اما چگونه از بارور کردن تخم های ماده توسط حشرات جلوگیری باید نمود؟ دانشمندان متوجه شدند که اگر حشرات نر را عقیم سازند این امر امکان پذیر خواهد شد. تشعشع رادیو اکتیو جواب این مشکل بود و می توانست نرها را بدون این که هیچ گونه اثر نامطلوبی به بار آورد عقیم سازد. بنابراین اگر تعداد زیادی حشرات نر را که از لحاظ جنسی عقیم گردیده بودند بین بقیه حشرات بالدار رها می ساختند ، تمام ماده ها که با نرهای عقیم جفت گیری می کردند تخم های بی نطفه گذاشته و هیچ گاه به حشرات نوزاد تبدیل نی شدند. پس از مقداری بررسی و محاسبه ، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که اگر فقط چهار پنجم تعداد کرم های نر را عقیم کنند ، بیشتر از 90% تخم هایی که گذاشته می شوند به نوزاد تبدیل نخواهند گردید.

پس از موفقیتی که در سطح آزمایش تجربی در جزیره «سانی بل» نزدیک فلوریدا و در کوراکائو از سواحل ونزوئلا نصیب دانشمندان گردید و بعد از گرفتن نتایج مثبت در مورد عقیم نمودن با استفاده از تشعشع رادیو اکتیو در سطح بسیار بزرگتری وارد عمل شدند. پس از پرورش دادن میلیون ها حشره بالدار نر و عقیم نمودن آنها با استفاده از منبع تشعشع کبالت 60 به طور منظمی بسته بندی شده و در منطقه ای به مساحت 80 کیلومتر مربع در فلوریدا که در معرض سرایت حشرات بالدار بود ، رها نمودند. بین 15 ژانویه تا اول ژوئن 1959 بیشتر از 2 بیلیون حشره بالدار عقیم شده در سر تا سر مزارع فلوریدا رها شد.
آخرین اخباری که راجع به انتشار حشره بالدار در آن منطقه حاصل گردید ، در فوریه همان سال بود. نتایج موفقیت آمیزی که از عقیم نمودن حشرات با استفاده از تشعشع رادیو اکتیو حاصل گردید هم اکنون اکثر دانشمندان را بیشتر متوجه اتم ، به عنوان تجربه موثری علیه حشرات موذی و کنترل آنها نموده است.

تنها در ممالک متحده امریکا زیان هایی که از علف های هرزه به محصولات کشاورزی وارد می شود ، هر سال بالغ بر 5 بیلیون دلار می شود.

اخیرا ایزوتوپ های رادیو اکتیو عوامل مهمی شده اند برای دانشمندان در تشخیص و تعیین مناسبترین سموم جهت از بین بردن علف های هرزه ای که در محصولات کشاورزی بخصوصی میرویند و کمک های موثری در ریشه کن کردن علف های هرزه که محصولات کشاورزی را از بین می برند ، به آنها می نمایند.
ایزوتوپ های رادیو اکتیو که در مبارزه علیه علف های هرزه بکار می روند شامل کربن (C14) گوگرد (S35) و فسفر (P32) می باشند. با مشخص نمودن سموم علف های هرزه مانند سم (D – 4/2) که متداول است و با استفاده از اتم های کربن14 ، دانشمندان می توانند مسیر حرکت این سم را در گیاهان هرزه دنبال نموده و اطلاعات و مدارک بیشتری در مورد این که چرا بعضی از سم ها روی گیاهان مشخص تاثیر بهتری دارند ، کسب نمایند.

آفات نباتی هر ساله قریب میلیاردها دلار زیان به کشاورزان وارد می سازد. با وجود این که گیاهان متنوع و جدیدی بطور مداوم از طریق پیوند زدن دو گیاه مختلف به هم تکثیر می شوند ، معهذا تعداد باکتری های موجود در طبیعت هم در حال تغییر می باشد. در عرض چند سال انواع گیاهانی که در مقابل آفات مصونیت دارند می توانند مورد حمله و تجاوز رشته قارچ های جدید و آفت زا قرار گیرند.
ردیاب های ایزوتوپی رادیو اکتیو پیشاپیش به مبارزه و پیدا کردن راه حلی برای مسئله آفات نباتی جدید مورد استفاده قرار می گیرند. با به کار بردن ردیاب های ایزوتوپی رادیو اکتیو این امکان برای دانشمندان فراهم گردیده است که میزان جذب مواد شیمیایی را در هر گیاه که در معرض امراض میکروبی قرار دارد سنجیده و مسیر حرکت این مواد را در یک نبات تعیین نمایند. برای مثال ویروس های میکروسکوپی و قارچ های گیاهی که اتم گوگرد 35 را جذب نموده و هنگامی که این اتم ها در اثر از هم پاشیدگی از گیاهی به گیاه دیگری پخش می شوند ، به آسانی می توان رد آنها را پیدا کرد. تولید و پرورش انواع گیاهان خوراکی کاملا جدید یکی دیگر از کارهایی است که در اثر وجود ایزوتوپ ها رادیو اکتیو امکان پذیر می باشد.
بنابراین با استفاده از تشعشع آیا امکان دارد که ترکیبات ژنی گیاهان را تغییر داد؟ آیا می توانیم هندوانه های بدون تخم ، طالبی های ارغوانی و پیازهای آبی تولید نماییم؟ متاسفانه هنگامی که دانشمندان کشاورزی حبوبات گیاهان غذایی را در معرض تابش اشعه رادیو اکتیو قرار می دهند ، هرگز کاملا مطمئن نیستند که نتایج این تغییر و دگرگونی چه خواهد بود. اکثر مواقع تغییرات و دگرگونی ها بد بوده و گیاهان جدید و ضعیفی حاصل می شود. در هر صورت یک در هزار اتفاق می افتد که در نتیجه اشعه باران کردن دانه ها ، گیاه جدید با مشخصات مطابق میل و دلخواه به وجود آید.

اکنون تعدادی از نتایج موفقیت آمیزی را که در اثر اشعه باران کردن دانه ها حاصل شده ذکر می کنیم.
دانشمندان کشاورزی یک نوع ذرت پرورش داده اند که در برابر وزش باد و یا در مقابل قارچ هایی که باعث زنگ زدگی می شود مقاومت دارند. یک نوع بادام زمینی تولید کرده اند که مواد غذایی آن 30% از بادام های دیگر بیشتر بوده و نیز یک رشته گیاهان گندمی کوتاه قد به وجود آورده اند که بیشتر از هم جنسان خود در مقابل باد مقاومت دارند. هم اکنون کشاورزان با استفاده از تشعشع ایزوتوپ های رادیو اکتیو یک نوع لوبیا پرورش می دهند که در هر جریب بیشتر از 182 کیلو محصول اضافه بدست می آید و یا باغداران یک نوع هلوی جدیدی با استفاده از همین روش پرورش داده اند که می توانند محصولات خود را دو هفته زودتر از انواع دیگر به بازار عرضه نمایند



منبع:تبيان