مروری بر جنبه های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تنش گرما در برنج

گرمایش جهانی میانگین دمای زمین را افزایش داده است و تنش های حاصل از گرمای شدید در مناطق مختلف افزایش یافته است. تنش گرمایی به صورت افزایش دما فراتر از آستانه بحرانی برای مدت معین در مراحل مختلف رشد گیاهان زراعی رخ می دهد. بر این اساس تغییرات کمی و کیفی گیاهان زراعی از جمله برنج در اثر تنش گرمایی ناشی از افزایش جهانی دما یکی از دغدغه ها و نگرانی های مهم در بسیاری از مناطق برنج خیز دنیا از جمله کشور ما محسوب می شود. گیاهان با تغییر متابولیسم در سطوح فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی با تنش گرمایی سازگار می شوند. یک سیستم فتوسنتزی پایدار  می تواند آسیب ناشی از حرارت را کاهش دهد و عملکرد دانه را تحت شرایط تنش گرمایی افزایش دهد. آسیب ناشی از دمای بالا می تواند در مراحل مختلف رشد برنج، از مرحله جوانه زنی تا گیاهچه ای، گلدهی و رسیدگی دانه متفاوت باشد. مراحل گلدهی و پر شدن دانه از مراحل حساس به گرما در گیاه برنج هستند. آسیب حرارتی در این مراحل می تواند زیان اقتصادی قابل توجهی را به تولید برنج وارد کند. در این مقاله سعی شده است تا تغییرات فیزیولوژیکی برنج تحت تاثیر تنش گرمایی مورد ارزیابی قرار گیرد. تغییرات مورد بررسی شامل واکنش بیوشیمیایی گیاه (نشت الکترولیت، سطح پراکسیداسیون لیپیدی و فعالیت آنزیم آنتی اکسیدانی)، سطح فتوسنتز، تغییرات غشایی، تغییرات گیاه جهت تحمل یا فرار از تنش، تغییر متابولیسم در سطوح فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی در جهت سازگاری به گرما، تنظیم فعالیت عوامل رونویسی مرتبط با پاسخ تنش حرارتی و تغییرات الگوی بیان ژن ها تحت تاثیر تنش گرمایی است. همچنین در این مطالعه ارتباط تنش گرما و ویژگی های بیوشیمیایی تعیین کننده کیفیت برنج و عوامل موثر بر کارایی کیفیت دانه برنج از جمله فعالیت های متابولیک قند و نشاسته و بیان ژن صفات کیفی برنج تحت تاثیر تنش گرمایی، مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت بررسی قابلیت اصلاح ارقام برنج برای مقابله با تنش گرمایی مرور گردید. در بحث اصلاح برای تحمل گرما در برنج، وراثت پذیری و تنوع ژنتیکی صفات مرتبط با تحمل تنش، نتایج مطالعات صورت گرفته در زمینه شناسایی  QTLهای مرتبط با تحمل گرما، کاربرد روش های کلاسیک جهت معرفی ارقام متحمل به گرما و جهش القایی در اصلاح برنج برای افزایش تحمل تنش گرمایی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داده است گیاه برنج می تواند تنش گرمایی غیرکشنده را با اجتناب، فرار یا تغییرات فیزیکی در سطح سلولی مانند تغییر وضعیت فیزیکی غشاء، سنتز پروتئین­های شوک حرارتی تخصصی و دفاع ضد اکسیداتیو تقویت شده، تحمل کنند. تغییرات در وضعیت فیزیکی غشاء و ترکیبات آن، تولید پروتئین های شوک حرارتی، عوامل رونویسی، اسمولیت ها و افزایش سطح دفاع آنتی اکسیدانی، فرآیندهای کلیدی برای حفظ تعادل اکسایش- کاهش سلولی در تنش گرمایی هستند. بررسی تغییرات کیفی برنج تحت تنش گرما نشان داد که کاهش سطح آنزیم ها در سنتز ساکارز و نشاسته آسیب قابل توجهی به عملکرد و کیفیت دانه در هوای گرم وارد می کند. همچنین، شناسایی چندین QTL برای تحمل گرما، جهش القایی، اصلاح کلاسیک با استفاده از تلاقی واریته باکیفیت و واریته مقاوم به تنش گرمایی، نتایج مطلوبی در زمینه شناسایی و معرفی ارقام مقاوم به تنش گرمایی داشته است. بر اساس نتایج بررسی شده می توان این نتیجه گیری را حاصل نمود که تنش گرمایی، شرایط اجنتاب ناپذیری در کشت برنج است؛ بنابراین شناسایی و مرور تغییرات فیزیولوژیک آن می تواند بسیار حائز اهمیت باشد و به تعیین اهداف اصلاحی مناسب کمک نماید.

کلیدواژه ها:

پروتئین شوک حرارتی ، تنش غیرزیستی ، کیفیت برنج