آیا گیاهان دماسنج دارند؟

آیا گیاهان دماسنج دارند؟

گیاهان چه زمانی جوانه‌زنی را آغاز می‌کنند؟

مولکول‌های گیرنده نوری که در سلول‌های گیاهی قرار دارند، نقش «دماسنج» را بازی می‌کنند. این مولکول‌ها به گیاهان این امکان را می‌دهند تا تغییرات دمایی فصلی را بخوانند.

دانشمندان می‌گویند این کشف می‌تواند به نژادهای زراعی که مقاومت بیشتری نسبت به دمای ناشی از تغییرات آب و هوا دارند، کمک کند.

گروهی از دانشمندان جهان به رهبری دانشگاه کمبریج، مولکول “دماسنج” در گیاهان را کشف کرده‌اند. مولکول دماسنج آنها را قادر می‌سازد با توجه به تغییرات دمای فصلی رشد کنند.

گیاهان با افزایش دما شروع به رشد و جوانه زدن می‌کنند

محققان نشان داده‌اند که مولکول‌هایی به نام فیتوکروم (ماده‌ی رنگی که گیاهان از آن برای شناسایی نور استفاده می‌کنند) هنگام تاریکی هوا، عملکرد خودشان را تغییر می‌دهند تا به دماسنج سلولی تبدیل شوند. با این کار گرمای شب را اندازه گیری می‌کنند.

فیتوکروم‌ها

نمایی از فیتوکروم‌ها

نتایج پژوهش‌‌های جدیدی که در مجله Science منتشر شده است، نشان می‌دهد که فیتوکروم‌ها در واقع سوئیچ‌های ژنتیکی هستند که گیاه را نسبت به واکنش‌های ناشی از تغییرات دما و نیز فعل و انفعالات حاصل از میزان نور دریافتی برای رشد آن کنترل می‌کنند.

سال‌هاست که کشاورزان و باغداران می‌دانند گیاهان چگونه به تغییرات دما پاسخ می‌دهند. گرمای روزهای آخر زمستان باعث جوانه زدن بسیاری از درختان و گل‌ها می‌شود.

مدت‌هاست که ما از این فرایند جوانه‌زنی گیاهان، برای پیش‌بینی آب و هوا و زمان برداشت محصول برای سال آینده استفاده می‌کنیم.

آیا نورهای مصنوعی روی رشد گیاهان تأثیر دارند؟

مولکول حساس به نور

محققان اعلام کردند که در این تغییرات غیر قابل پیش‌بینی جوی و دما، این کشف مولکول‌های حساس به نور به عنوان دماسنج داخلی سلول‌های گیاهی می‌تواند در تولید محصولات مقاوم‌تر به ما کمک کند.

محقق ارشد، دکتر فیلیپ ویگ از آزمایشگاه Sainsbury کمبریج می‌گوید: “تخمین زده می‌شود که تا سال ۲۰۵۰ بازده کشاورزی باید دو برابر شود. اما تغییرات اقلیمی تهدید بزرگی برای چنین اهدافی است. محصولات کلیدی مانند گندم و برنج نسبت به درجه حرارت بالا حساس هستند.

تنش حرارتی برای هر افزایش یک درجه‌ای دما، محصول را حدود ۱۰ درصد کاهش می‌دهد.”

او می‌گوید: ” کشف مولکول‌هایی که به گیاه اجازه می‌دهد درجه حرارت را حس کند، به ما این امکان را می‌دهد محصولاتی که در برابر تنش‌های حرارتی و تغییرات آب و هوایی مقاوم هستند را تولید کنیم.”

هنگامی که مولکول‌های فیتوکروم فعال می‌شوند، به DNA گیاه وصل شده تا سرعت رشد گیاه را کنترل کنند. یعنی در طول روز، نور خورشید این مولکول‌ها را فعال می‌کند و رشد را کند می‌کند.

اگر نور به گیاه نرسد، فیتوکروم‌ها به سرعت غیر فعال می‌شوند. در نتیجه گیاه سرعت رشد خود را بیشتر می‌کند تا به نور خورشید برسد. به این ترتیب گیاهان برای اینکه از سایه یا محل کم نور فرار کنند، با یکدیگر به رقابت می‌پردازند تا از هم پیشی بگیرند تا نور خورشید را بیشتر دریافت کنند.

وقتی نور به گیاه نرسد فیتوکروم‌ها غیر فعال شده و در نتیجه سرعت رشد گیاه افزایش می‌یابد

وقتی نور به گیاه برسد فیتوکروم‌ها فعال شده و در نتیجه سرعت رشد گیاه کاهش می‌یابد

دکتر ویگ می‌گوید: “تغییرات نور محور در فعالیت فیتوکروم بسیار سریع و در کمتر از یک ثانیه اتفاق می‌افتد.”

پس‌گشت تاریک

جالب اینجاست که هنگامی که شب فرا می‌رسد، این داستان فرق می‌کند. به جای اینکه گیاه تقلا کند تا به نور خورشید برسد، مولکول‌ها به آرامی غیر فعال می‌شوند. این اصطلاح را “پس‌گشت تاریک” گویند.

وی گفت: “هر چه دما پایین برود، فیتوکروم‌ها آرام‌تر به مرحله عدم تحرک باز می‌گردند. بنابراین مولکول‌ها زمان بیشتری را در حالت مهار‌شونده رشد خود می‌گذرانند. به همین دلیل است که گیاهان رشد کندتری در زمستان دارند. حال اگر درجه دما بیشتر شود، فیتوکروم‌ها به سرعت به حالت غیر فعال می‌رسند و خود را از DNA گیاه جدا می‌کنند و اجازه می‌دهند رشد گیاه دوباره از سر گرفته شود.”

ویگ معتقد است سنجش گرمایی فیتوکروم‌ها در مرحله بعدی تحقیقات تکامل یافته است. این فرآیندهای شبکه‌ای بیولوژیکی پیش‌تر برای رشد گیاه مبتنی بر نور در طول شب استفاده می‌شده است.

اکثر گیاهان از میزان زمانی که یک روز طول می‌کشد، به عنوان شاخص فصل استفاده می‌کنند. گونه‌های دیگری هستند مانند گل نرگس زرد، به دما حساس هستند و به محض گرم شدن هوا به ویژه روزهای گرم زمستان گل می‌دهند. ویگ توضیح می‌دهد: “درختان بلوط خیلی بیشتر به دما متکی هستند.

احتمالاً از فیتوکروم‌ها به عنوان دماسنج برای فرایند رشد استفاده می‌کنند. در حالی که درختان زبان گنجشک برای تعیین زمان فصلی خودشان به اندازه‌گیری زمان طول روز متوسل می‌شوند.

به عبارت دیگر در روزهای گرم فصل بهار و احتمالا روزهای گرم فصل تابستان، درخت بلوط زودتر از درخت زبان گنجشک شروع به جوانه زدن و برگ دادن می‌کند. عکس این فرایند هم صادق است.”

این یافته‌های جدید نقطه عطفی در این دوازده سال تحقیق را به وجود آورد که دانشمندانی از کشورهای چون آلمان، آرژانتین و ایالات متحده و گروهی از دانشگاه کمبریج انگلستان در آن شرکت داشتند و همچنان ادامه دارد.

این تحقیقات روی یک مدل از گیاه خردل به نام رَشادی گوش‌موشی یا آرابیدوپسیس تالیانا (Arabidopsis) انجام شد، اما ویگ می‌گوید که ژن‌های فیتوکروم لازم برای سنجش دما در گیاهان زراعی نیز یافت می‌شوند.

همچنین دکتر فیلیپ اضافه می‌کند: “پیشرفت‌های اخیر در ژنتیک گیاهان، به این معنی است که دانشمندان قادرند ژن‌های کنترل کننده این فرآیند‌ها را در گیاهان زراعی به سرعت شناسایی کنند و حتی تغییرات دقیق‌تری روی این ژن‌ها انجام دهند.”

دریچه‌های ورود نور را بخوانید.

منبع: مرکز تحقیقات دانشگاه کمبریج

4 دیدگاه برای “آیا گیاهان دماسنج دارند؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *