به نژادی در ذرت برای تغییرات اقلیمی

شرکت توسعه کشت ذرت

به نژادی در ذرت برای تغییرات اقلیمی

ذرت گیاهی گرما دوست است و برای رشد و نمو مناسب از لحظه کاشت به بعد نیاز به گرما دارد. اصطلاح “دمای موثر” اغلب برای همین منظور به کار می رود و عبارت است از دمای بالای 10 درجه سانتیگراد (دمای پایه) که به عنوان مقدار آستانه ای در نظر گرفته می شود که زیر آن رشد مناسب گیاه را متوقف یا مانع می شود. دقیقاً همین فقدان “دماهای موثر” است که برای تجلی پتانسیل باروری یک هیبرید بسیار مهم است. در واقع ماجرای تولید محصول و عملکرد نهایی، قبل از ظاهر شدن گیاه روی سطح زمین و از لحظه کاشت شروع شده و ادامه می یابد. در صورت عدم وجود گرمای مناسب در فصل کشت، کوتاه شدن میانگره ها، توسعه سیستم ریشه ضعیف تر خواهد بود. همه اینها منجر به ظهور گیاهی با توده برگ کمتر، تعداد ردیف دانه ها و طول بلال کمتر و همچنین اندازه بلال کوچکتر خواهد شد، که در مراحل بعدی رشد، سیستم ریشه و توده برگ کمتر توسعه یافته، منجر به کاهش توانایی گیاه در “مقاومت” در موقعیت های استرس زا، مانند کمبود رطوبت و درجه حرارت بالا میشود.

تغییرات اقلیمی در جهان موجب تغییرات شگرفی در آب و هوای جهان شده است. مناطق ذرت خیز کشور ایران نیز از این تغییرات مصون نبوده و کشت ذرت در این مناطق با چالشهایی رو به رو شده است. این تغییرات اقلیمی شامل جابه جایی فصول و در نتیجه تغییر در فرایند کشت و کار ذرت خواهد شد. از جمله این تغییرات میتوان به تداوم سرمای بهاره که موجب شرایط نامناسب برای کشت زودهنگام بهاره و عدم استقرار مناسب گیاهچه میشود، اشاره کرد. همچنین تغییر زمان، طول و میزان گرمای تابستانه که موجب تلقیح و دانه بندی ضعیف تر در بلال خواهد شد. از این رو به نژادی در ذرت برای دستیابی به ارقام مناسب و سازگار با این تغییرات اقلیمی برای آینده تولید ذرت در کشور بسیار مهم بوده و از اهداف اولویت دار شرکت توسعه کشت ذرت است.

از این رو در برنامه های بهنژادی در همان مراحل اولیه توسعه، توجه ویژه ای به انتخاب ژنوتیپ هایی دارد که نسبت به سرما مقاوم تر و راحت تر هستند. این امر در عمل با انتخاب زمان های مختلف کاشت در ژنوتیپ های متفاوت، حتی در خاک سردتر از دمای پایه (10 درجه سانتیگراد)، و با نظارت بر رشد بعدی آنها، از سیستم ریشه تا قسمت هوایی گیاه به دست می آید. در فرآیند انتخاب، تنها ژنوتیپ‌هایی با ریشه‌های اولیه قوی و سریع انتخاب می‌شوند که موجب تضمین سیستم ریشه قوی‌تری خواهد شد. بلافاصله پس از ظهور اولین برگ های دائمی، رشد بسیار فشرده گیاه ذرت چه در قسمت زیرزمینی و چه در قسمت بالای زمین آغاز می شود. چنین انتخابی به ما اجازه می‌دهد تا ژن‌هایی را بشناسیم که از طریق توسعه یک سیستم ریشه قدرتمند، به افزایش تحمل در برابر استرس کمک می‌کنند. توسعه مناسب یک سیستم ریشه ای قوی و کاربردی از اهمیت حیاتی برخوردار است، زیرا تنها یک سیستم ریشه قوی، پایداری گیاه، تامین آب و مواد مغذی از خاک را در طول فصل رشد تضمین میکند. در تصویر زیر دماهای مختلف روز و شب (20/12-25/17-30/22-35/27و40/32) و تاثیر آن بر رشد ریشه و گیاهچه در 26 روز بعد از کشت مشخص است.

مرحله جوانه زنی تا گلدهی

علاوه بر سیستم ریشه قدرتمند، معماری خاص گیاه، وضعیت عمودی برگ و همچنین شکل و تعداد برگ‌ها، به ویژه برگ‌های بالای بلال بسیار مهم است، زیرا تنها برگهایی هایی هستند که پس از لقاح از نظر فتوسنتزی فعال میمانند، در حالی که برگ های زیر بلال به تدریج می میرند. بنابراین در انتخاب هیبریدهای جدید به افزایش تعداد برگ بالای بلال و همچنین زاویه آنها توجه ویژه ای باید داشت. همه اینها به دلیل این واقعیت مهم است که برگهای عمودی امکان فعالیت فتوسنتزی بهتر را فراهم می کنند.

برگ عمودی بالای بلال و در انتهای بوته با زاویه بسته باعث می شود که نور خورشید با زاویه تقریبی 90 درجه روی برگ ها بیفتد و به این ترتیب استفاده از انرژی خورشیدی در طول روز به حداکثر می رسد و در عین حال برای برگهای پایین تر هم امکان دریافت انرژی بیشتری فراهم میشود. چنین رقمی را میتوان با تراکم کاشت بیشتر یعنی تعداد بیشتری گیاه در واحد سطح کشت نمود. تعداد بیشتری از چنین بوته هایی در واحد سطح، حداکثر جذب انرژی خورشیدی، حداکثر فعالیت فتوسنتزی، یعنی حداکثر پتانسیل ژنتیکی هیبرید را ممکن می‌سازد.

انرژی خورشیدی برای انجام فرآیند شیمیایی فتوسنتز در گیاه ضروری است که در آن مواد معدنی با حضور CO2 به مواد آلی تبدیل می شوند. مقدار جذب انرژی خورشیدی به طور مستقیم به کل سطح برگ در گیاه بستگی دارد. سطح برگ بزرگتر مستقیماً بر افزایش شدت فتوسنتز و مقدار مواد جذب شده تأثیر می گذارد. این دو پارامتر از طریق شاخص سطح برگ یاLAI (Leaf Area Index) به هم مربوط می شوند که نشان دهنده نسبت سطح برگ و مقدار ماده جذب شده است. مقدار بهینه سطح برگ برای ذرت 6 در نظر گرفته شده است (به این معنی که برای هر هکتار سطح زمین حداقل 6 هکتار سطح برگ مورد نیاز است). در صورتی که جریان عادی و صحیح فرآیند فتوسنتزی در گیاه برقرار باشد، آنرا را قادر می‌سازد تا سیستم ریشه و ساقه خوبی ایجاد کنند که بتواند با ثبات و تحمل بیشتری نسبت به ورس، تامین آب و مواد مغذی، رشد کند، که در نهایت به معنای عملکرد خواهد بود. در نتیجه میزان سطح برگ بهینه در یک رقم از اهمیت بالایی برخوردار است.

مرحله حساس گلدهی و گرده افشانی

گیاهی که هم در قسمت زیرزمینی و هم در قسمت بالای زمین به خوبی توسعه یافته است، آماده عبور آسانتر از ظریف ترین مرحله رشد یعنی گلدهی است. لحظه ای که هیبرید شروع به بیرون ریختن ابریشم می کند و زمانی که بساک های روی بوته شروع به ترکیدن می کنند و گرده ها خارج میشوند معمولاً با دمای هوای بالای تابستان و رطوبت نسبتاً کم هوا و خاک همراه است.

به همین دلیل است که فرآیند گرده افشانی یکی از بحرانی ترین دوره های رشد گیاه است. هیبریدهایی که رشد شدید سیستم ریشه در مراحل اولیه دارند، سطح قابل توجهی از فشار بالای سلولی دارند که برای سرزندگی ابریشم و دانه های گرده بسیار مهم است. در حالی که تعداد ردیف‌های دانه روی یک بلال عمدتاً از نظر ژنتیکی تعیین می‌شود و در مراحل اولیه رشد ذرت به دست می‌آید، تعداد دانه‌هایی که در واقع در هر بلال تولید می‌شوند تا حد زیادی در طول گرده افشانی تعیین می‌شود. دانه های گرده زمانی که بساک ها، ترک می خورند به دمای بالای هوا بسیار حساس هستند و اعتقاد بر این است که در دمای بیشتر از 30 درجه سانتی گراد شروع به از دست دادن حیات و توانایی خود برای بارور کردن تخمک می کنند.

زنده ماندن گرده، مقدار گرده و پویایی ریزش گرده عناصر حیاتی در بهنژادی ذرت و خرید دانه ذرت است. تلاش در بهنژادی ذرت و تولید بذر ذرت با هدف به حداکثر رساندن زنده ماندن و کمیت گرده است. علاوه بر این، دینامیک ریختن گرده باید برای هماهنگی بهتر بین خطوط پدری و مادری بهینه شود. شرایط محیطی نامطلوب از جمله تنش غیرزیستی مانند دما می تواند بر این پارامترها تأثیر منفی بگذارد و منجر به کاهش گرده افشانی موفق و کاهش عملکرد شود. گرده زنده یک نیاز اساسی برای گرده افشانی موفق است. با این حال، زنده ماندن گرده می تواند تحت تأثیر بسیاری از عوامل خارجی مانند گرما، خشکسالی یا استفاده از آفت کش ها باشد.

آزمایش میدانی زنده ماندن گرده

در یک آزمایش مزرعه ای، گرده سه رقم مختلف جمع آوری و در زمان های مختلف در طول روز اندازه گیری شد. تصویر زیر نشان می دهد که زنده ماندن گرده در طول روز در این سه رقم چگونه است. غربالگری زنده ماندن گرده، ارزیابی تأثیرات خارجی مانند تنش گرمایی، خشکسالی یا استفاده از آفت کش ها بر روی زنده ماندن گرده را امکان پذیر می کند. این آزمایش به ما این را امکان می دهد که شرایط رشد گیاه را ارزیابی کرده و مکان های مناسبی که دارای حداکثر زمان زنده مانی گرده است را برای تولید بذر را انتخاب نماییم.

 

بهبود در تولید بذر ذرت

به منظور به حداکثر رساندن نسبت پایه های مادری به پدری در مزرعه تولید بذر ذرت، درک کامل زنده ماندن گرده و رفتار آزادسازی گرده پایه های پدری بسیار مهم است. تعداد پایه مادری به ازای هر پایه پدری و الگوی جایگزینی پایه های پدری و مادری می تواند با عملکرد گرده افشانی پایه های پدری سازگار شود. زیرا به خصوص در تولید بذر، گرده افشانی ناکافی تاثیر اقتصادی زیادی دارد.

پارامترهای کلیدی برای گرده افشانی موفق عبارتند از:

• شناسایی کمبودهای گرده افشانی
• همزمانی گلدهی نر و ماده
• بهینه سازی نسبت پایه های مادری به پدری

روش های جمع آوری گرده

تصویر زیر یک تله گرده ذرت متشکل از یک فنجان پلاستیکی را نشان می دهد که با توری پوشانده شده است تا از ورود اجسام خارجی و حشرات جلوگیری کند. فنجان حاوی محلول شمارش گرده است که دانه های گرده را در مدت زمان طولانی زنده نگه میدارد. فنجان با یک میله ثابت شده و می توان آن را در زمین بین ردیف ها قرار داد.

برای آزمایش مذکور از چند تله گرده بین ردیف ها به مدت 20 روز در مزرعه استفاده شد. در فواصل دوره ای، محلول سوسپانسیون گرده، جمع آوری و با بافر (محلول) جدید جایگزین شد.

شمارش گرده

در آزمایش ذکر شده در فواصل منظم، مقدار گرده جمع‌آوری‌شده در تله‌ها اندازه‌گیری شد تا نحوه آزاد سازی گرده مشخص شود. نمودار زیر تعداد انباشت دانه های گرده را در طول زمان نشان می دهد. هر منحنی نشان‌دهنده یک تله است که همه گرده‌ها از یک رقم ذرت جمع‌آوری شده‌اند. منحنی آبی میانگین را نشان می دهد. این آزمایش اجازه می دهد تا زمان کلی و دوره شدید ریزش گرده مشخص شود. همچنین امکان تعیین غیرمستقیم مقدار متوسط گرده آزاد شده توسط این پایه خاص و مناسب بودن آن برای اهداف بهنژادی را فراهم می کند.

شماره روز سال میلادی

همگام سازی پایه پدری و مادری

با در نظر گرفتن مشتق اول منحنی ریزش تجمعی گرده در مثال بالا (منحنی آبی)، پیک ریزش و مدت زمان آن شناسایی میشود. همانطور که در شکل زیر مشخص است 90 درصد گرده های این پایه خاص در عرض 7 روز منتشر شده است. داده های به دست آمده از این آزمایش اجازه می دهد تا اقدامات لازم برای رسیدن به گلدهی همزمان انجام شود. با آگاهی از میزان پذیرش پایه ماده و رفتار آزادسازی گرده پایه پدری می توان به گلدهی همزمان دست یافت. زمان مناسب و مقدار مناسب گرده برای به دست آوردن مجموعه کامل بذر در بلال مهم هستند. نمودار زیر رفتار آزادسازی گرده سه پایه پدری مختلف را همانند آزمایشی که در بالا توضیح داده شد، مشخص میکند. تجزیه و تحلیل رفتار آزادسازی گرده و مقایسه آنها امکان محاسبه تاریخ کاشت برای یک جفت پایه پدری و مادری برای دستیابی به هماهنگی مطلوب گلدهی را فراهم می کند.

بهینه سازی نسبت پایه پدری و مادری

تعیین زمان آزاد سازی گرده امکان طبقه بندی پایه های مختلف پدری را فراهم می کند. به عنوان مثال ریزش گرده یک پایه پدری (منحنی قرمز) ممکن است بسیار کمتر از یک پایه پدری دیگر (منحنی آبی) باشد. در نتیجه استفاده از رقم قرمز منجر به گرده افشانی کامل نمی شود و مجموعه بذر کامل حاصل نمی شود. فنوتیپ آزادسازی گرده برای هر لاین نر برای تولید بذر از نظر اقتصادی بسیار مهم است و باید قبل از رسیدن به تولید تعیین شود. داده های تولید شده با استفاده از آزمایشات میزان گرده در مزرعه همراه با نتایج مجموعه بذر تولید شده در بلالها، به انطباق الگوی صحیح کاشت پایه های مادری و پدری و بهینه سازی نسبت آنها کمک می کند.

عدم توجه به میزان گرده تولیدی، زمان اوج آزادسازی گرده و در مجموع فنوتیپ گرده دهی در هر پایه پدری موجب کمتر پر شدن دانه در بلال است که به معنای عملکرد کمتر دانه است. به منظور اجتناب از چنین پدیده های ناخواسته، والدین هیبریدها باید طوری انتخاب می شوند که زمان گلدهی همگام (گرده و ابریشم همزمان) داشته باشند، که در طول این زمان نسبتاً کوتاه، گرده افشانی انجام و ابریشم خود را نشان دهد. این گونه هیبریدها بلافاصله پس از ظاهر شدن ابریشم و زمانی که ابریشم آماده پذیرش گرده است، شروع به گرفتن گرده می کند. شرکت توسعه کشت ذرت با بهره مندی از کارشناسان خبره و استفاده از ادوات پیچیده اندازه گیری میزان گرده (تصویر زیر) در مزرعه بهترین پروتکل تولید بذر برای هر رقم تولیدی خود را مشخص و در اختیار کشاورزان بذر کار کشور قرار داده است.

مرحله رسیدگی

در این مرحله از رشد فنولوژیکی، توانایی گیاه برای مقاومت در برابر شرایط و تنش های زراعی نامطلوب به توانایی آن در “کنترل” تبخیر و تعرق، یعنی از دست دادن بیش از حد آب از طریق روزنه در برگ بستگی دارد. هیبریدهایی که امکان کنترل بهتر اتلاف آب از طریق برگ‌ها را داشته باشند، تحمل بیشتری نسبت به تنش خواهند داشت. بنابراین، در طول این مرحله لازم است هیبریدهایی که کنترل بهتری در تلفات آب ناشی از تبخیر و تعرق و در نهایت فعالیت فتوسنتزی و جذب طولانی تر برگ ها در طول دوره رسیدگی را دارند انتخاب شوند. در نهایت اینکه در فرآیند طبیعی رهاسازی رطوبت از بلال، خروج سریع رطوبت از دانه نیز یکی از ویژگی های مطلوب است، زیرا چنین هیبریدهایی امکان کاهش هزینه های اضافی خشک کردن را فراهم نموده و نسبت به آلودگی های قارچی پس از برداشت مقاوم تر هستند. ضمنا رطوبت دانه در زمان برداشت در این نوع هیبریدها کم است و از پتانسیل ژنتیکی هیبرید حداکثر استفاده می شود.