كاربرد بیوتكنولوژی در بخش جنگل
جنگلها، سرمایه‌های ملی هر كشور محسوب می‌شوند كه حفاظت و استفادة صحیح از آنها، علاوه بر ثروت‌آفرینی، بقای محیط‌زیست را نیز تضمین می‌نماید. در مطلب زیر، راهكارهای بیوتكنولوژی جهت حفظ و استفادة مناسب از این سرمایه‌های ملی، ذكر گردیده است:
مقدمه
حدود 30 درصد از سطح كرة زمین به‌وسیلة جنگلها پوشیده شده است كه 25 درصد از آن در قارة اروپا و فدراسیون روسیه و بقیه در سایر نقاط جهان قرار دارند (كل مساحت جنگل‌های دنیا تقریبا 9/3 میلیارد هكتار است). جنگلها و مراتع از حیث تأمین مواد غذایی جامعه، مصنوعات چوبی، محصولات كاغذی، تأمین تعداد زیادی از مایحتاج عمومی جامعه، جلوگیری از فرسایش و از بین رفتن خاك و حفظ آب و نزولات آسمانی، نقش مهمی را در اكوسیستم‌های طبیعی ایفا می‌نمایند. بنابراین تلاش برای جلوگیری از نابودی این منابع برای حفظ حیات انسان و همچنین كسب درآمد از این منابع طبیعی، از اهمیت حیاتی برخوردار است.
به‌كارگیری بیوتكنولوژی جهت حفظ و استفادة بهینه از جنگلها
به‌طور كلی، بیوتكنولوژی از طرق زیر می‌تواند در زمینة حفظ و بهره‌برداری بهینه از جنگلها و مراتع مفید واقع شود:
1- كشت سلول و بافت
با استفاده از روش‌های كشت بافت می‌توان گونه‌های درختان جنگلی در معرض انقراض را كه در شرایط طبیعی قادر به تكثیر نیستند، از نابودی نجات داد. برای حفظ این گونه‌ها، بیوتكنولوژی با هدف تكثیر انبوه در شرایط كنترل شدة آزمایشگاه و سپس كشت آنها در عرصه‌های طبیعی، نقش حیاتی در حفظ گونه‌های جنگلی در حال زوال ایفا می‌كند. در حال حاضر در شمال كشور گونه‌هایی مانند نارون، هزار، زبان‌گنجشك و نیز گونه‌هایی از درختان جنگل‌های زاگرس با این مشكل مواجه هستند كه برای جلوگیری از انقراض آنها می‌توان از روش‌های بیوتكنولوژی استفاده كرد.
یكی دیگر از موارد استفاده از تكنیك كشت بافت در بخش جنگل، كوتاه كردن دوره تجدید نسل درختان جنگلی و همچنین كوتاه كردن زمان مورد نیاز برای دستیابی به پایداری فنوتیپی در درختان جنگلی می‌باشد.
2- نشانگرهای مولكولی
2-1- شناسایی سریع و به موقع ژنوتیپ‌ها
در بررسی گونه‌ها و ژنوتیپ‌ها در برنامه‌های اصلاحی درختان جنگلی و غیرجنگلی، شناسایی و تمایز سریع بین مواد تحت بررسی، مدت زمان لازم برای انتخاب و اصلاح این گونه‌ها را به‌طور چشمگیری كاهش داده و موجب تسریع فرآیند اصلاح می‌شود. بررسی ضایعات و خصوصیات درختان جنگلی با نشانگرهای فنوتیپی به ده‌ها سال وقت نیاز است كه این باعث كندی كار می‌شود و زمان دستیابی به نتایج را طولانی می‌كند. كاربرد روش‌های بیوتكنولوژی، به‌ویژه نشانگرهای مولكولی مانند RFLP و AFLP، راه‌حل مناسبی برای تسریع اصلاح گونه‌های جنگلی و كاهش مدت زمان بررسی نتایج حاصل از كارهای اصلاحی است. كاربرد روش‌های مولكولی، امكان شناسایی و ارزیابی در اولین مراحل رشد گیاه را فراهم می‌كند و زمان لازم برای رسیدن به اطلاعات مورد نیاز را به حداقل می‌رساند.
2-2- انتخاب بر اساس نشانگر به‌منظور بهبود كمی و كیفی فرآورده‌های جنگلی
مهمترین عواملی كه انجام برنامه‌های اصلاح درختان جنگلی را به شیوة سنتی محدود می‌سازد عبارتند از:
الف) زمان بر بودن (طولانی بودن نسل‌ها در گیاهان جنگلی)
ب) نبود دانش كافی در مورد روابط بین ساختارهای ژنوتیپی و فنوتیپی درختان در یك زمان واحد
ج) وجود مشكلات زیاد در كنترل فرآیند انتخاب در مورد گیاهانی با گرده‌افشانی باز.
باید توجه داشت كه نمی‌توان بر اساس خصوصیات ظاهری در مراحل اولیه رشد درختان، خصوصیات درختان بالغ را پیش‌بینی كرد و بنابراین ارزیابی كامل به روشی سنتی به زمان زیادی نیاز است.
2-3- كاربرد نشانگرها در استفادة صنعتی از جنگلها
سرعت رشد و فرم درخت در جنگل‌های صنعتی، تعیین‌كننده ارزش و بازده اقتصادی آن است. اصلاح و تولید درختان با سرعت رشد زیاد و فرم متناسب، به‌منظور استفادة بهینه از منابع جنگلی، از اولویت خاصی برخوردار است و موجب افزایش بازده اقتصادی جنگل‌های موجود خواهد بود. افزایش بهره‌وری از جنگل و به خصوص افزایش كیفیت چوب و الوار از موارد مهم در مدیریت جنگل محسوب می‌شود. در این زمینه، برنامه‌های وسیعی در نقاط مختلف دنیا و به‌خصوص در سطح اروپا با استفاده از برنامه‌های اصلاح كلاسیك و انتخاب به كمك نشانگر در جریان است. برخلاف بسیاری از گیاهان زراعی، تاریخچة انتخاب و اصلاح گونه‌های درختان جنگلی نسبتاً كوتاه است (بزرگترین برنامه اصلاحی سیستماتیكی كه تاكنون صورت گرفته بروی گونه‌هایی از اكالیپتوس و كاج بوده است)؛ بنابراین برای تسریع چرخة اصلاح این درختان، ابزارهای بیوتكنولوژی و از جمله نشانگرهای مولكولی، می‌توانند راه‌گشا باشند و فرآیند شناسایی صفات كمی و كیفی مطلوب را شتاب بخشند.
2-4- سایر كاربردهای نشانگرها
از جمله كاربردهای دیگر نشانگرهای مولكولی در بخش جنگل موارد زیر است:
شناسایی كلون‌های برتر، شناسایی آلودگی جنگلها، برآورد تنوع ژنتیكی به منظور استفاده از آن در استراتژی‌های نمونه‌گیری، حفاظت ژنتیكی و حفاظت از كلكسیون‌های جمعیت‌های اصلاحی. ارزش واقعی نشانگرها را می‌توان در به‌كارگیری آنها در تحقیقاتی دید كه جهت فهم مكانیزم‌های پایة ژنتیكی و فیزیولوژیكی صورت می‌گیرند.هم‌اكنون تحقیقات هدفمندی در جهت شتاب‌دهی به توسعة استفاده و بكارگیری نشانگرهای مولكولی جهت غربال‌گری گونه‌های جنگلی در سطح دنیا در حال انجام است.
3- مهندسی ژنتیك
برخی از استراتژی‌های اصلاحی در درختان جنگلی، بر روی افزایش كمی صفاتی است كه از قبل وجود داشته‌اند. در حالی كه در برخی از استراتژی‌ها، هدف، وارد كردن صفاتی جدید به گیاه میزبان است. تكنیك‌های DNA نوتركیب در هر دو مورد می‌تواند مؤثر باشند. مهندسی ژنتیك می‌تواند جهت اصلاح درختان جنگلی در زمینه‌های مختلفی به‌كار رود. برخی از این زمینه‌ها عبارتند از:
3-1- ایجاد گونه‌های جنگلی مقاوم به آفات و بیماری‌ها
یكی از روش‌های حفظ گونه‌های مهم جنگلی، حفاظت آنها از آفات و بیماری‌های شایع است. گفتنی است كه تعدادی از گونه‌های مهم جنگلی كه از اهمیت زیادی برخوردارند، در جنگل‌های صنعتی شمال كشور، در اثر حملة برخی از بیماری‌هایی كه اپیدمی شده‌اند، رو به انقراض و نابودی هستند (از جمله بیماری مرگ درختان نارون). برای جلوگیری از زیان وارده و انقراض این گونه‌ها، اقدامات جدی باید به عمل آید. از طرفی، استفاده از سموم، موجب برهم خوردن تعادل زیست‌محیطی، صرف هزینه زیاد و مقاومت تدریجی آفات به سموم می‌شود و از نظر عملی نیز كاربرد سموم در چنین سطح گسترده‌ای امكان‌پذیر نیست. در این رابطه می‌توان از روش‌های مطمئن و بدون زیان‌های زیست‌محیطی مانند انتقال ژن‌های مقاوم به عوامل قارچی و باكتریایی بیماری‌زا، استفاده كرد. برای جلوگیری از زیان حشرات، می‌توان ژن‌هایی را كه كدكننده یكسری مواد كشنده حشرات هستند به گیاه منتقل كرد و گیاه را در برابر حمله آفات، مقاوم ساخت. در این رابطه، انتقال ژن Bt به درختان جنگلی، معمول‌ترین شیوه‌ای است كه تاكنون استفاده شده است. برای مثال، در سال 1990، حدود 60 درصد از كل برنامه‌های كنترل آفات در آمریكای شمالی، به‌خصوص مبارزه با كرم جوانه (Budworm) و نوعی پروانه (Gypsy moth) با استفاده از باكتری Bt انجام شده است.
البته محدودیتی كه در استفاده از Bt وجود دارد، این است كه طیف عمل باكتری Bt بسیار باریك است، یعنی تنها بر گروهی از آفات تأثیرگذار است. همچنین نور آفتاب می‌تواند اسپور و سم این باكتری را غیرفعال كند. البته بیوتكنولوژی توانسته است با شناسایی و انتخاب باكتری‌های اصلاح شدة مؤثرتر و همچنین تكنولوژی DNA نوتركیب، نقش مهمی را در ایجاد مقاومت درختان جنگلی به آفات بازی نماید. آمارهای مربوط به كشور آمریكا نشان می‌دهد، سالانه یك میلیارد دلار بر اثر حمله حشرات و بیماری‌ها به جنگل‌های این كشور خسارت وارد می‌آید. اگر مطالعه‌ای جامع در مورد خسارت ناشی از آفات و بیماری در كشور صورت گیرد، مشخص می‌شود كه رقم ضرر و زیان در كشور ما نیز بالا است. مثال‌های موفقی كه در زمینة تولید درختان مقاوم به حشره در سطح دنیا وجود دارد عبارتند از: صنوبر، كاج و اكالیپتوس مقاوم به حشره.
3-2- ایجاد گونه‌های جنگلی مقاوم به تنش‌های غیر زنده(سرما، خشكی، شوری و غیره)
از جمله فاكتورهای محدودكنندة كشت گونه‌های جنگلی در برخی مناطق، وجود شرایط نامساعدی چون كمبود آب، شوری خاك و سرما است. روش‌های بیوتكنولوژی برای غلبه بر این محدودیت‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این زمینه، استراتژی‌های مختلفی وجود دارد كه از آن جمله انتقال ژن‌های مقاومت در برابر تنش‌های محیطی به گونه‌های حساس است. برای مثال، انتقال ژن‌های القاپذیر در مقابل تنش كم‌آبی، گرما و سرما به گیاهان، برای تحمل شرایط كمبود آب و نیز تولید پایه‌های مقاوم به شوری كه امكان استقرار گونه‌ها را در زمین‌های شور فراهم آورد. در ارتباط با عرصه‌های جنگلی كشور، كمبود آب و نزولات جوی، به‌ویژه در جنگل‌های زاگرس، از عوامل عمدة كاهش رشد و استقرار گونه‌ها است. با توجه به گسترة وسیع این جنگلها و اهمیت آنها از نظر اكولوژیكی و نیز حفظ خاك و نزولات آسمانی، تحقیقات پیرامون حل مشكلات فراروی این جنگلها، حایز اهمیت ملی است. در این رابطه تولید پایه‌های مقاوم در مقابل تنش‌های خشكی با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیك و بیوتكنولوژی، اهمیت به‌سزایی در حفظ منابع طبیعی كشور دارد.
3-3- افزایش تولید چوب
بر اساس گزارش (FAO 2001-1999)، مصرف الوار صنعتی جهان در سال 2000، بین 6,1 تا 2,2 میلیارد متر مكعب بوده است. مصرف چوب، سالانه حدود 7,1 درصد رشد دارد و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2010 مصرف چوب حدود 20 درصد (9,1 میلیارد مترمكعب) بیش از زمان حال خواهد شد. در حال حاضر فرآورده‌های چوبی، یك صنعت 400 میلیارد دلاری را در سطح جهان به خود اختصاص داده است و حدود 3 میلیون نفر را در سراسر گیتی به‌كار گرفته است. بنابراین مشاهده می‌شود كه با ورود مواد جایگزین چوب به بازارهای جهان، نه‌تنها چوب ارزش خود را از دست نداده است، بلكه میزان مصرف آن مرتباً در حال افزایش است. در این زمینه بیوتكنولوژی با تولید پایه‌های دارای رشد بیشتر و سریع‌تر و نیز چوب باكیفیت‌تر، می‌تواند نقش مهمی ایفا نماید. باید گفت كه بهبود كیفی الیاف سلولزی گونه‌های جنگلی، نیازهای صنایع كاغذسازی را نیز تامین كرده و نیاز جامعه را در این زمینه برطرف خواهد كرد كه در قسمت بعدی مورد بحث قرار گرفته است.
3-4- بهبود كیفیت چوب مورد استفاده در صنعت كاغذسازی
كیفیت چوب، یكی از الزامات صنعت كاغذسازی است. در صنعت كاغذسازی، چوبی با كیفیت محسوب می‌شود كه میزان سلولز آن زیاد و میزان لیگنین آن پایین باشد. در روش‌های سنتی، برای جداسازی لیگنین از چوب، از مواد شیمیایی استفاده می‌شود كه گاهاً خطرناك و نیازمند صرف انرژی و هزینة زیاد است. بنابراین افزایش نسبت سلولز به لیگنین از طریق ژنتیكی، علاوه بر افزایش كیفیت چوب و همچنین افزایش رشد درختان، می‌تواند آلودگی‌های حاصل از كارخانجات كاغذسازی را كاهش دهد. در این زمینه، مهندسی ژنتیك از طریق راه‌كار آنتی‌سنز (Antisense) می‌تواند بیوسنتز لیگنین را اصلاح كرده و درصد آن را در چوب كاهش دهد و بنابراین هزینه‌های تولید خمیر كاغذ و به همان اندازه مصرف مواد شیمیایی و انرژی را در ساخت خمیر كاغذ كاهش دهد.
محدودیت‌های استفاده از مهندسی ژنتیك در بخش جنگل و افق‌های آینده
یكی از محدودیت‌های استفاده از مهندسی ژنتیك در بخش جنگل، نگرانی از فرار ژن‌های مهندسی‌شده، به درون جمعیت‌های وحشی است كه احتمال می‌رود به مرور زمان، الگوی طبیعی جنگل را دچار تغییر كند. البته این نگرانی را می‌توان از طریق تولید درختان مهندسی‌شدة عقیم، تا حدود زیادی مرتفع كرد.
فاكتور مهم دیگری كه استفاده از مهندسی ژنتیك را در گونه‌های جنگلی محدود می‌سازد، عدم وجود دانش كافی در مورد زیربنای مولكولی صفاتی در درختان است كه از لحاظ صنعتی برای انسان مهم‌تر هستند و ارتباط بیشتری با رشد درختان و كیفیت چوب دارند. این محدودیت نیز با تكمیل ژنوم برخی درختان مهم جنگلی، مانند صنوبر، كاج، سپیدار و همچنین ایجاد بانك‌های اطلاعاتی EST در حال رفع شدن است.
محققین بر این باورند كه پیشرفت دانش مولكولی با ساخت نقشه‌های ژنی و توالی‌یابی ژنوم گونه‌های جنگلی این امكان را فراهم كرده است تا دستورزی چندین ژن به‌طور همزمان برای دستیابی به صفات اقتصادی مهم، قابل انجام شود.
نتیجه‌گیری
در مطالب فوق، مشاهده شد كه بیوتكنولوژی می‌تواند در بخش جنگل نیز مانند سایر زمینه‌ها، بسیار مفید واقع شود. بنابراین با توجه به وسعت زیاد جنگلها و مراتع كشور (سطح جنگل‌های كشور بالغ بر 12 میلیون هكتار است كه از این سطح، حدود 5/1 میلیون هكتار جنگل‌های صنعتی خزری، 5,4 میلیون هكتار جنگل‌های منطقه زاگرس و بقیه جنگل‌های پراكنده مركزی، جنوبی و ارسباران است) و اهمیت حیاتی این منابع، هرگونه تحقیقی كه منجر به افزایش تولید و یا دفع ضایعات این بخش شود، منجر به بازده كلان اقتصادی خواهد شد.
جنگلها و مراتع كشور، از منابع طبیعی تجدیدشونده هستند و برای حل مشكلات این منابع باید به گونه‌ای عمل كرد كه موجب به بار آمدن ضایعات زیست‌محیطی نشود و با حداقل سرمایه‌گذاری بتوان به حداكثر بهره‌برداری زسید. كاربرد بیوتكنولوژی و مهندسی ژنتیك با هدف افزایش بازده از یكسو و جلوگیری از خسارات و ضایعات از سوی دیگر، این امكان را به‌وجود می‌آورد تا با حداقل ضایعات زیست محیطی و صرف حداقل سرمایه به حداقل رسیده، تولید در سطح كلان افزایش یافته و توسعة پایدار محقق شود. علاوه بر این، در صورت توجه بیشتر به بیوتكنولوژی جنگل، امكان اشتغال‌زایی مناسبی وجود دارد.
مآخذ:
1ـ نادری شهاب، محبت‌علی. 1377. تحقیقات بیوتكنولوژی در راستای افزایش بازده جنگلها و مراتع. رهیافت، شماره 19.
2- Campbell, M. M., A. M. Brunner, H. M. Jones, and S. H. Strauss. 2003. Plant Biotechnology Journal (1) 141-154.
3- Gartland, K. M. A., R. C. Kellison, T. M. Fenning. 2002. Forest Biotechnology and Europe’s Forests of the Future. A Challenge Document for Presentation and Discussion at Forest Biotechnology in Europe: Impending Barriers, Policy, and Implications Edinburgh, Scotland.
کد:
http://www.forestbiotech.org/pdffiles/europe.pdf
.
4- Globerman, S., I. B. Vertinsky. 1995. Forest Biotechnology in Canada: Analysis of Intellectual Property Rights and Protection of Higher Life forms.
کد:
http://collection.nlc-bnc.ca/100/200/301/ic/ippd-dppi/forest_biotechnology-e/globeref.pdf
.
5- Kirk, T.K.1994. Technical overview of forest biotechnology research in the U.S. Proceedings of the 6th international Conference on Biotechnology in the Pulp and Paper Industry: Advances in Applied and Fundamental Research. Pp 3-8
