اصلاح غلات برای کمبود عنصر روی و اهمیت آن در تعدیل تنش خشکی

   در دیم زارها، تنش‌ خشکی می‌تواند جذب روی توسط غلات را به طرق مختلف از جمله با کاهش رشد و توسعه ریشه، کاهش میزان تحرک و جابجایی روی در خاک تحت تاثیر قرار داده و کاهش دهد. از طرف دیگر، تحمل به تنش‌های محیطی نظیر خشکی معمولاً با نیاز بالا به عنصر روی برای تنظیم و حفظ بیان ژن‌های دخیل در محافظت از سلول‌‌ها در برابر اثرات مضر تنش همراه است. علاوه بر این، تحت شرایط کمبود روی، گیاهان قادر به کاهش تولید رادیکال‌های آزاد حاصل از خشکی و نیز غیر سمی کردن اکسیژن فعال نیستند. از اینرو، تاثیر توام کمبود روی و تنش‌ خشکی در دیم زارها موجب کاهش عملکرد دانه غلات و نیز کیفیت تغذیه‌ای گشته و در نتیجه موجب سوء تغذیه در میلیاردها انسان در جهان می‌گردد. گرچه کاربرد کود روی می‌تواند به حل این مشکل کمک نماید، ولی به دلیل مشکلاتی نظیر خشکی سطح خاک در دیم زارها، تثبیت قسمت اعظم کود در خاک‌های رسی و عدم دسترسی زارعین به کود روی، جهت نیل به یک راه حل اساسی و پایدار برای تصحیح کمبود روی در دیم زارها، استفاده از ژنوتیپ‌های کارا در جذب و استفاده از روی می‌تواند تکمیل کننده کاربرد کود روی در نظر گرفته شود. از اینرو استفاده از روش‌های به‌نژادی در زمینه معرفی ارقامی با کارایی بالا در جذب و کارایی روی تحت شرایط دیم جهت تهیه و نیز بهبود وضعیت غذایی بخش مهمی از 8 میلیارد انسان در سال 2025 بیش از پیش اهمیت می یابد. کمبود عنصر روی در خاک گسترده‌ترین کمبود عناصر ریزمغذی در گیاهان زراعی است و تقریباً 50 درصد خاک‌های تحت زراعت غلات با کمبود عنصر روی قابل دسترس گیاه مواجه هستند. مشکل کمبود روی در شرایط دیم به دلیل نبود رطوبت کافی در اطراف ریشه تشدید می‌گردد. کمبود روی باعث کاهش عملکرد و کیفیت تغذیه‌ای غلات از جمله گندم شده و باعث سوء تغذیه بیش از یک میلیارد انسان مخصوصاً در کشورهای در حال توسعه از جمله ایران شده است. مرور منابع نشان می‌دهد که راه حل اساسی و پایدار برای افزایش میزان روی در دانه استفاده از سیستم‌های کشاورزی از حمله اصلاح نباتات می‌باشد. صفات موثر در افزایش جذب روی، در ژنوم گندم موجود بوده و می‌تواند در اصلاح ارقامی با غلظت بالای روی و آهن بدون کاهش پروتئین و عملکرد مورد استفاده قرار گیرند. ضمناً این صفات در محیط‌های مختلف از پایداری مطلوبی نیز برخوردار هستند. البته لازم به ذکر است فاکتورهای منفی در خاک از قبیل ph بالا و مواد ارگانیک کم می‌توانند میزان روی قابل دسترس برای گیاه را کاهش داده و توانایی ارقام اصلاح شده را در جذب و تجمع روی در بذر به شدت تحت تاثیر قرار دهند. تنوع ژنتیکی برای کارائی روی در غلات مشاهده شده، که این تنوع می‌تواند در برنامه‌‌های اصلاح غلات برای معرفی ارقامی با کارائی بهتر در جذب و تجمع روی مورد بهره‌برداری قرار گیرد. سازوکارهای مختلفی نظیر افزایش جذب روی از خاک، افزایش دسترسی عنصر در ناحیه ریزوسفر ریشه در نتیجه آزادسازی ترشحات ریشه‌ای، کارایی بهتر در استفاده از روی در داخل گیاه می‌توانند باعث افزایش کارائی روی در گیاهان زراعی گردد. در گندم و جو توانائی جذب روی از طریق ریشه یکی از مکانیسم‌های مهم در کارائی روی می‌باشد. تنش خشکی و کمبود روی از عوامل عمده محدود کننده تولید محصول در دیمزارهای ایران می‌باشد، ولی متاسفانه اصلاح برای کمبود روی و مطالعه برهم کنش بین تنش خشکی و کمبود روی به صورت وسیعی در دیم زارها انجام نگرفته است. وضعیت تغذیه روی در گیاه ممکن است حساسیت گیاه به کمبود آب را به طرق مختلف تحت تاثیر قرار دهد. گیاهان در معرض تنش روی، کارایی کمتری در استفاده از آب داشته و توانایی آنها در تنظیم فشار اسمزی جهت مقابله با تنش رطوبتی کمتر از گیاهانی است که به میزان کافی روی دسترسی دارند. به علاوه، تنش خشکی گیاهان را با القای تولید اکسیژن فعال می کشد. میزان کافی از روی در غیر سمی کردن اکسیژن فعال و نیز کاهش تولید رادیکال های آزاد موثر است. از این رو، کمبود روی احتمال کاهش عملکرد در نتیجه خشکی را تشدید می کند. از طرف دیگر، منابع موجود نشان می دهند کاربرد کودهای روی می تواند دسترسی گیاه به روی را افزایش داده و موجب افزایش تحمل به خشکی گردد.

cereal breeding for zinc deficiency and its importance to alleviate drought stress

drought stress limits zinc absorption by cereal plant because of reduction of root growth and development as well as declining zinc movement in soil. on the other hand, tolerance to drought needs enough available zinc for plant to well regulate expression of genes that are responsible for cell protection against drought stress. moreover, zinc deficient plants unable to detoxify reactive oxygen species (ros) under drought stress conditions. hence, zinc deficiency along with drought lessen grain yield and its nutritional quality, which cause hidden hunger in billions people worldwide. although, zinc fertilizers can solve the problem, but it is not a sustainable solution in drylands because of soil surface dryness, zinc fixation in clay soils, and fertilizer unavailability. along with zinc fertilizers, cultivation of zinc efficient varieties will be a complementary and viable solution in drylands. hence, breeding zinc efficient cereals is a sustainable and necessary method to improve grain yield and nutritional quality of people food in 2025. zinc deficiency in crops is the most widespread micronutrient deficiency, with about 50% of the cereal-growing area worldwide containing low levels of plant-available zn. zinc deficiency in soils reduces yield and nutritional quality of cereal (e.g. wheat) and afflicts 1 billion people especially in many developing countries like iran. sustainable solutions can only be developed through agricultural system approaches such as plant breeding. micronutrient enrichment traits are available within wheat genomes that could allow for substantial increases in fe, zn and without negatively impacting protein and yield. there is considerable genotypic variation both within and between cereals for micronutrient efficiency. a number of studies have demonstrated differential zn efficiency in barley, suggesting that genotypic variation could be exploited in breeding programs to produce genotypes with higher zn efficiency. various mechanisms may explain zn efficiency in crops, including increased zn uptake, increased zn availability in the rhizosphere due to release of root exudates, and more efficient internal zn use. in wheat and barley, zn-uptake capacity of roots is one of the mechanisms of zn efficiency. drought stress and zinc (zn) deficiency are serious abiotic stress factors limiting crop production in drylands of iran, but the interaction between zn deficiency and drought stress has not been studied extensively. zinc nutritional status of plants may affect the drought sensitivity of plants in different ways. zinc-deficient plants use water less efficiently and are less able to respond to increasing soil water deficits by osmotic adjustment than plants that are supplied with adequate levels of zn. moreover, drought stress kills plants by inducing production of reactive oxygen species (ros). an adequate zn nutrition can be involved in detoxification of ros, and it is also important for reducing the production of free radicals. therefore, likely that drought stress-related yield loss is additionally accentuated when plants would simultaneously suffer from zn-deficiency stress. on the other hand, the review of literature indicates that application of zn fertilizers has a potential to increase availability of zn to plants, which will result in enhanced drought tolerance.