به نام خدا

1. به نام خدا موضوعتحقیق:بیوتکنولوژیجنگل تهیه کننده:راحله امینی استاد مربوطه:مهندس بهشتی مال پاییز88

2. مقدمه حدود 30 درصد از سطح كرة زمين به‌وسيلة جنگل‌ها پوشيده شده است كه 25 درصد از آن در قارة اروپا و فدراسيون روسيه و بقيه در ساير نقاط جهان قرار دارند (كل مساحت جنگل‌هاي دنيا تقريبا 9/3 ميليارد هكتار است). جنگل‌ها و مراتع از حيث تأمين مواد غذايي جامعه، مصنوعات چوبي، محصولات كاغذي، تأمين تعداد زيادي از مايحتاج عمومي جامعه، جلوگيري از فرسايش و از بين رفتن خاك و حفظ آب و نزولات آسماني، نقش مهمي را در اكوسيستم‌هاي طبيعي ايفا مي‌نمايند. بنابراين تلاش براي جلوگيري از نابودي اين منابع براي حفظ حيات انسان و همچنين كسب درآمد از اين منابع طبيعي، از اهميت حياتي برخوردار است. • جنگل‌ها، سرمايه‌هاي ملي هر كشور محسوب مي‌شوند كه حفاظت و استفادة صحيح از آنها، علاوه بر ثروت‌آفريني، بقاي محيط‌زيست را نيز تضمين مي‌نمايد. در مطالب بعدی، راهكارهاي بيوتكنولوژي جهت حفظ و استفادة مناسب از اين سرمايه‌هاي ملي، ذكر گرديده است

3. به‌كارگيري بيوتكنولوژي جهت حفظ و استفادة بهينه از جنگل‌ها به‌طور كلي، بيوتكنولوژي از طرق زير مي‌تواند در زمينة حفظ و بهره‌برداري بهينه از جنگل‌ها و مراتع مفيد واقع شود: 1- كشت سلول و بافت با استفاده از روش‌هاي كشت بافت مي‌توان گونه‌هاي درختان جنگلي در معرض انقراض را كه در شرايط طبيعي قادر به تكثير نيستند، از نابودي نجات داد. براي حفظ اين گونه‌ها،‌ بيوتكنولوژي با هدف تكثير انبوه در شرايط كنترل شدة آزمايشگاه و سپس كشت آنها در عرصه‌هاي طبيعي، نقش حياتي در حفظ گونه‌هاي جنگلي در حال زوال ايفا مي‌كند. در حال حاضر در شمال كشور گونه‌هايي مانند نارون، هزار، زبان‌گنجشك و نيز گونه‌هايي از درختان جنگل‌هاي زاگرس با اين مشكل مواجه هستند كه براي جلوگيري از انقراض آنها مي‌توان از روش‌هاي بيوتكنولوژي استفاده كرد. يكي ديگر از موارد استفاده از تكنيك كشت بافت در بخش جنگل، كوتاه كردن دوره تجديد نسل درختان جنگلي و همچنين كوتاه كردن زمان مورد نياز براي دستيابي به پايداري فنوتيپي در درختان جنگلي مي‌باشد. 2- نشانگرهاي مولكولي 2-1- شناسايي سريع و به موقع ژنوتيپ‌ها

4. 2-2- انتخاب بر اساس نشانگر به‌منظور بهبود كمي و كيفي فرآورده‌هاي جنگلي • 2-3- كاربرد نشانگرها در استفادة صنعتي از جنگل‌ها • 2-4- ساير كاربردهاي نشانگرها • از جمله كاربردهاي ديگر نشانگرهاي مولكولي در بخش جنگل موارد زير است: • شناسايي كلون‌هاي برتر، شناسايي آلودگي جنگل‌ها، برآورد تنوع ژنتيكي به منظور استفاده از آن در استراتژي‌هاي نمونه‌گيري، حفاظت ژنتيكي و حفاظت از كلكسيون‌هاي جمعيت‌هاي اصلاحي. ارزش واقعي نشانگرها را مي‌توان در به‌كارگيري آنها در تحقيقاتي ديد كه جهت فهم مكانيزم‌هاي پاية ژنتيكي و فيزيولوژيكي صورت مي‌گيرند.هم‌اكنون تحقيقات هدفمندي در جهت شتاب‌دهي به توسعة استفاده و بكارگيري نشانگرهاي مولكولي جهت غربال‌گري گونه‌هاي جنگلي در سطح دنيا در حال انجام است. 3- مهندسي ژنتيك برخي از استراتژي‌هاي اصلاحي در درختان جنگلي، بر روي افزايش كمي صفاتي است كه از قبل وجود داشته‌اند. در حالي كه در برخي از استراتژي‌ها، هدف، وارد كردن صفاتي جديد به گياه ميزبان است. تكنيك‌هاي DNA نوتركيب در هر دو مورد مي‌تواند مؤثر باشند. مهندسي ژنتيك مي‌تواند جهت اصلاح درختان جنگلي در زمينه‌هاي مختلفي به‌كار ‌رود. برخي از اين زمينه‌ها عبارتند از:

5. 3-1- ايجاد گونه‌هاي جنگلي مقاوم به آفات و بيماري‌ها يكي از روش‌هاي حفظ گونه‌هاي مهم جنگلي، حفاظت آنها از آفات و بيماري‌هاي شايع است. گفتني است كه تعدادي از گونه‌هاي مهم جنگلي كه از اهميت زيادي برخوردارند، در جنگل‌هاي صنعتي شمال كشور، در اثر حملة برخي از بيماري‌هايي كه اپيدمي شده‌اند، رو به انقراض و نابودي هستند (از جمله بيماري مرگ درختان نارون). براي جلوگيري از زيان وارده و انقراض اين گونه‌ها، اقدامات جدي بايد به عمل آيد. از طرفي، استفاده از سموم، موجب برهم خوردن تعادل زيست‌محيطي، صرف هزينه زياد و مقاومت تدريجي آفات به سموم مي‌شود و از نظر عملي نيز كاربرد سموم در چنين سطح گسترده‌اي امكان‌پذير نيست. در اين رابطه مي‌توان از روش‌هاي مطمئن و بدون زيان‌هاي زيست‌محيطي مانند انتقال ژن‌هاي مقاوم به عوامل قارچي و باكتريايي بيماري‌زا، استفاده كرد. براي جلوگيري از زيان حشرات، مي‌توان ژن‌هايي را كه كدكننده يكسري مواد كشنده حشرات هستند به گياه منتقل كرد و گياه را در برابر حمله آفات، مقاوم ساخت. در اين رابطه، انتقال ژن Bt به درختان جنگلي، معمول‌ترين شيوه‌اي است كه تاكنون استفاده شده است.‌ براي مثال، در سال 1990، حدود 60 درصد از كل برنامه‌هاي كنترل آفات در آمريكاي شمالي، به‌خصوص مبارزه با كرم جوانه (Budworm) و نوعي پروانه (Gypsy moth) با استفاده از باكتري Bt انجام شده است. البته محدوديتي كه در استفاده از Bt وجود دارد، اين است كه طيف عمل باكتري Bt بسيار باريك است، يعني تنها بر گروهي از آفات تأثيرگذار است. همچنين نور آفتاب مي‌تواند اسپور و سم اين باكتري را غيرفعال كند. البته بيوتكنولوژي توانسته است با شناسايي و انتخاب باكتري‌هاي اصلاح شدة مؤثرتر و همچنين تكنولوژي DNA نوتركيب، نقش مهمي را در ايجاد مقاومت درختان جنگلي به آفات بازي نمايد. آمارهاي مربوط به كشور آمريكا نشان مي‌دهد، سالانه يك ميليارد دلار بر اثر حمله حشرات و بيماري‌ها به جنگل‌هاي اين كشور خسارت وارد مي‌آيد. اگر مطالعه‌اي جامع در مورد خسارت ناشي از آفات و بيماري در كشور صورت گيرد، مشخص مي‌شود كه رقم ضرر و زيان در كشور ما نيز بالا است. مثال‌هاي موفقي كه در زمينة توليد درختان مقاوم به حشره در سطح دنيا وجود دارد عبارتند از: صنوبر، كاج و اكاليپتوس مقاوم به حشره. 3-2- ايجاد گونه‌هاي جنگلي مقاوم به تنش‌هاي غير زنده(سرما، خشكي، شوري و غيره) از جمله فاكتورهاي محدودكنندة كشت گونه‌هاي جنگلي در برخي مناطق، وجود شرايط نامساعدي چون كمبود آب، شوري خاك و سرما است. روش‌هاي بيوتكنولوژي براي غلبه بر اين محدوديت‌ها نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در اين زمينه، استراتژي‌هاي مختلفي وجود دارد كه از آن جمله انتقال ژن‌هاي مقاومت در برابر تنش‌هاي محيطي به گونه‌هاي حساس است. براي مثال، انتقال ژن‌هاي القاپذير در مقابل تنش كم‌آبي، گرما و سرما به گياهان، براي تحمل شرايط كمبود آب و نيز توليد پايه‌هاي مقاوم به شوري كه امكان استقرار گونه‌ها را در زمين‌هاي شور فراهم آورد. در ارتباط با عرصه‌هاي جنگلي كشور، كمبود آب و نزولات جوي،‌ به‌ويژه در جنگل‌هاي زاگرس، از عوامل عمدة كاهش رشد و استقرار گونه‌ها است. با توجه به گسترة وسيع اين جنگل‌ها و اهميت آنها از نظر اكولوژيكي و نيز حفظ خاك و نزولات آسماني،‌ تحقيقات پيرامون حل مشكلات فراروي اين جنگل‌ها، حايز اهميت ملي است. در اين رابطه توليد پايه‌هاي مقاوم در مقابل تنش‌هاي خشكي با استفاده از روش‌هاي مهندسي ژنتيك و بيوتكنولوژي،‌ اهميت به‌سزايي در حفظ منابع طبيعي كشور دارد.

6. 3-3- افزايش توليد چوب • 3-4- بهبود كيفيت چوب مورد استفاده در صنعت كاغذسازي • كيفيت چوب، يكي از الزامات صنعت كاغذسازي است. در صنعت كاغذسازي، چوبي با كيفيت محسوب مي‌شود كه ميزان سلولز آن زياد و ميزان ليگنين آن پايين باشد. در روش‌هاي سنتي، براي جداسازي ليگنين از چوب، از مواد شيميايي استفاده مي‌شود كه گاهاً خطرناك و نيازمند صرف انرژي و هزينة زياد است. بنابراين افزايش نسبت سلولز به ليگنين از طريق ژنتيكي، علاوه بر افزايش كيفيت چوب و همچنين افزايش رشد درختان، مي‌تواند آلودگي‌هاي حاصل از كارخانجات كاغذسازي را كاهش دهد. در اين زمينه، مهندسي ژنتيك از طريق راه‌كار آنتي‌سنز (Antisense) مي‌تواند بيوسنتز ليگنين را اصلاح كرده و درصد آن را در چوب كاهش دهد و بنابراين هزينه‌هاي توليد خمير كاغذ و به همان اندازه مصرف مواد شيميايي و انرژي را در ساخت خمير كاغذ كاهش دهد. • محدوديت‌هاي استفاده از مهندسي ژنتيك در بخش جنگل و افق‌هاي آينده • يكي از محدوديت‌هاي استفاده از مهندسي ژنتيك در بخش جنگل، نگراني از فرار ژن‌هاي مهندسي‌شده، به درون جمعيت‌هاي وحشي است كه احتمال مي‌رود به مرور زمان، الگوي طبيعي جنگل را دچار تغيير كند. البته اين نگراني را مي‌توان از طريق توليد درختان مهندسي‌شدة عقيم، تا حدود زيادي مرتفع كرد. • فاكتور مهم ديگري كه استفاده از مهندسي ژنتيك را در گونه‌هاي جنگلي محدود مي‌سازد، عدم وجود دانش كافي در مورد زيربناي مولكولي صفاتي در درختان است كه از لحاظ صنعتي براي انسان مهم‌تر هستند و ارتباط بيشتري با رشد درختان و كيفيت چوب دارند. اين محدوديت نيز با تكميل ژنوم برخي درختان مهم جنگلي، مانند صنوبر، كاج، سپيدار و همچنين ايجاد بانك‌هاي اطلاعاتي EST در حال رفع شدن است. • محققين بر اين باورند كه پيشرفت دانش مولكولي با ساخت نقشه‌هاي ژني و توالي‌يابي ‌ژنوم گونه‌هاي جنگلي اين امكان را فراهم كرده است تا دستورزي چندين ژن به‌طور همزمان براي دستيابي به صفات اقتصادي مهم، قابل انجام شود.

7. خلاصه: • در مطالب فوق، مشاهده شد كه بيوتكنولوژي مي‌تواند در بخش جنگل نيز مانند ساير زمينه‌ها، بسيار مفيد واقع شود. بنابراين با توجه به وسعت زياد جنگل‌ها و مراتع كشور (سطح جنگل‌هاي كشور بالغ بر 12 ميليون هكتار است كه از اين سطح، حدود 5/1 ميليون هكتار جنگل‌هاي صنعتي خزري، 5,4 ميليون هكتار جنگل‌هاي منطقه زاگرس و بقيه جنگل‌هاي پراكنده مركزي، جنوبي و ارسباران است) و اهميت حياتي اين منابع، هرگونه تحقيقي كه منجر به افزايش توليد و يا دفع ضايعات اين بخش شود،‌ منجر به بازده كلان اقتصادي خواهد شد. • جنگل‌ها و مراتع كشور، از منابع طبيعي تجديدشونده هستند و براي حل مشكلات اين منابع بايد به گونه‌اي عمل كرد كه موجب به بار آمدن ضايعات زيست‌محيطي نشود و با حداقل سرمايه‌گذاري بتوان به حداكثر بهره‌برداري زسيد. كاربرد بيوتكنولوژي و مهندسي ژنتيك با هدف افزايش بازده از يكسو و جلوگيري از خسارات و ضايعات از سوي ديگر، اين امكان را به‌وجود مي‌آورد تا با حداقل ضايعات زيست محيطي و صرف حداقل سرمايه به حداقل رسيده، توليد در سطح كلان افزايش يافته و توسعة پايدار محقق شود. علاوه بر اين، در صورت توجه بيشتر به بيوتكنولوژي جنگل، امكان اشتغال‌زايي مناسبي وجود دارد.

8. منابع: • JANGAL.COM • 1ـ نادري‌ شهاب‌، محبت‌علي. 1377. تحقيقات‌ بيوتكنولوژي‌ در راستاي‌ افزايش‌ بازده‌ جنگلها و مراتع‌. رهيافت‌، 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. 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. 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