پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی، جلد ۱۷، شماره ۲، صفحات ۰-۰

عنوان فارسی چالش‌های شوری و راهکارهای اصلاحی در گیاه نیشکر: بررسی تأثیر شوری و روش‌های نوآورانه برای سازگاری
چکیده فارسی مقاله
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: نیشکر (Saccharum officinarum L. ، از خانواده Poaceae) یکی از مهم‌ترین محصولات اقتصادی جهان است که به‌دلیل تولید شکر، اتانول، بیوانرژی، و باگاس به‌صورت گسترده در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری کشت می‌شود. با توجه به نقش کلیدی نیشکر در تأمین انرژی‌های تجدیدپذیر و محصولات مشتق‌شده از آن، این گیاه در کانون توجه بسیاری از تحقیقات کشاورزی و صنعتی قرار دارد. اما یکی از مهم‌ترین چالش‌هایی که تولید نیشکر را به‌ویژه در مناطق شور تحت تأثیر قرار می‌دهد، تنش شوری است. شوری خاک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی، موجب کاهش رشد و عملکرد گیاه می‌شود و در سطح جهانی تهدیدی جدی برای تولید محصولات کشاورزی ایجاد می‌کند. تنش شوری تأثیرات منفی بسیاری بر رشد و توسعه نیشکر دارد؛ از جمله کاهش جذب آب، اختلال در متابولیسم و تجمع سدیم در بافت‌های گیاهی. در نتیجه، کاهش شدید عملکرد و کیفیت محصول در مناطقی که با شوری مواجه هستند، به یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کشاورزان و محققان تبدیل شده است. این مقاله مروری با هدف بررسی چالش‌های ناشی از شوری در نیشکر و ارائه راهکارهای نوین اصلاحی برای افزایش مقاومت این گیاه در برابر شوری تدوین شده است.
مواد و روش‌ها: این مطالعه مروری با استفاده از جستجوی سیستماتیک در پایگاه‌های داده علمی معتبر مانند PubMed، Scopus و Web of Science انجام شده است. ابتدا بیش از 100 مقاله که به موضوع شوری و نیشکر مرتبط بودند، مورد بررسی قرار گرفتند. معیارهای انتخاب مقالات شامل انتشار در مجلات معتبر با داوری همتا، مرتبط بودن با موضوع شوری و تمرکز بر روش‌های نوین اصلاحی بودند. پس از بررسی اولیه، مقالاتی که به‌طور خاص به راهکارهای نوین برای اصلاح نیشکر در برابر شوری پرداخته بودند، انتخاب و تحلیل شدند. اطلاعات استخراج‌شده از مقالات به‌صورت کیفی تحلیل و دسته‌بندی شدند تا چالش‌ها و روندهای اصلی شناسایی شوند.
یافته­ها: نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که شوری تأثیرات منفی گسترده‌ای بر فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نیشکر دارد. در مراحل اولیه تنش شوری، گیاه به دلیل کمبود آب و ایجاد تنش اسمزی با کاهش جذب آب و بسته شدن روزنه‌ها مواجه می‌شود که منجر به کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد گیاه می‌شود. تجمع سدیم در سلول‌ها باعث ایجاد تنش یونی می‌شود که با تخریب غشاهای سلولی و کاهش فعالیت‌های آنزیمی همراه است. این فرایندها موجب پیری زودرس برگ‌ها و کاهش شدید غلظت ساکارز در ساقه‌های نیشکر می‌شوند، که تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول نهایی دارد. برای مقابله با این چالش‌ها، روش‌های مختلفی در سطح جهانی به‌کار گرفته شده‌اند. یکی از اصلی‌ترین روش‌ها، اصلاح ژنتیکی نیشکر از طریق روش‌های سنتی مانند انتخاب والدین مقاوم به شوری و انجام هیبریداسیون است. این روش‌ها امکان تولید ارقامی را فراهم می‌کنند که در شرایط شور مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. با این حال، به‌دلیل پیچیدگی‌های ژنوم نیشکر که شامل چندین مجموعه کروموزومی است، این فرآیند بسیار زمان‌بر است و گاهی 7 تا 12 سال برای تولید یک رقم مقاوم به شوری زمان نیاز دارد. همچنین، این پیچیدگی ژنتیکی باعث می‌شود که هر تلاقی هیبرید به‌صورت رویدادی منحصر به‌فرد و غیرقابل پیش‌بینی باشد، که این موضوع روند به‌نژادی را پیچیده‌تر می‌کند. در کنار روش‌های سنتی، رویکردهای نوین مولکولی به‌عنوان یکی از راهکارهای مهم اصلاح نیشکر در برابر شوری مطرح شده‌اند. ابزارهای مولکولی نظیر نشانگرهای مبتنی بر PCR و فناوری‌های ویرایش ژنومی مانند CRISPR می‌توانند با هدف قرار دادن ژن‌های کلیدی مقاومت به شوری و حذف یا تغییر ژن‌های حساس، به تولید ارقام نیشکر مقاوم به شوری کمک کنند. این روش‌ها نه‌تنها زمان لازم برای بهبود مقاومت را کاهش می‌دهند، بلکه امکان اصلاح دقیق‌تر و مطمئن‌تر را فراهم می‌کنند. علاوه بر اصلاح ژنتیکی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه (PGPBs) نیز به‌عنوان یک رویکرد مؤثر در کاهش اثرات شوری مطرح شده است. این میکروارگانیسم‌ها از طریق تولید هورمون‌های گیاهی مانند ایندول-3-استیک اسید (IAA) و سیتوکینین‌ها، بهبود تبادل مواد مغذی، و تنظیم ترکیبات محافظ اسمزی نظیر قند کل محلول (TSS) و پرولین، به افزایش مقاومت نیشکر در برابر شوری کمک می‌کنند. همچنین، این میکروب‌ها با تولید آنتی‌بیوتیک‌ها، سیانید هیدروژن، و سایر ترکیبات ضدپاتوژن، از گیاه در برابر بیماری‌ها و عوامل محیطی محافظت می‌کنند. تحقیقات نشان داده است که استفاده از این میکروارگانیسم‌ها می‌تواند اثرات منفی شوری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد و عملکرد نیشکر را در شرایط شور بهبود بخشد. روش‌های omics مانند ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس، متابولومیکس و یونومیکس به‌عنوان ابزارهای مؤثر در شناسایی ژن‌ها و مسیرهای مولکولی مرتبط با تحمل به شوری شناخته شده‌اند. این تکنیک‌ها به محققان امکان می‌دهند تا الگوهای بیان ژنی تحت شرایط شوری را شناسایی کرده و راهکارهای جدیدی برای بهبود مقاومت نیشکر به شوری ارائه دهند. به‌ویژه، فناوری توالی‌یابی نسل جدید (NGS) نقش مهمی در این زمینه ایفا کرده و مطالعات ترنسکریپتوم بافت‌های مختلف نیشکر تحت شرایط تنش شوری را تسریع بخشیده است.
نتیجه‌گیری: در مجموع، نتایج این بررسی نشان می‌دهد که شوری به‌عنوان یکی از چالش‌های اصلی در تولید نیشکر، اثرات منفی گسترده‌ای بر رشد و عملکرد این گیاه دارد. با این حال، استفاده از روش‌های نوین اصلاحی، نظیر اصلاح ژنتیکی سنتی و مولکولی، استفاده از میکروارگانیسم‌های محرک رشد گیاه و بهره‌گیری از تکنیک‌های omics می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی مقاومت نیشکر به شوری را بهبود بخشد. با توجه به اهمیت بالای نیشکر در صنعت جهانی، تحقیقات آینده باید بر بهینه‌سازی این روش‌ها و توسعه راهکارهای جدید متمرکز شود تا از یک‌سو بهره‌وری و پایداری تولید نیشکر در مناطق شور افزایش یابد و از سوی دیگر بهبود کیفیت محصول نهایی تضمین شود.
 
کلیدواژه‌های فارسی مقاله اصلاح، تنش اسمزی، پاسخ مرفولوژیک، تکنولوژی امیکس، تکنولوژی نوین

عنوان انگلیسی Salty Challenges and Remedial Strategies in Sugarcane: Exploring the Impact of Salinity and Innovative Approaches for Adaptation
چکیده انگلیسی مقاله
Extended Abstract
Introduction and Objective: Sugarcane (Saccharum officinarum L., from the family Poaceae) is one of the most economically important crops globally, widely cultivated in tropical and subtropical regions due to its production of sugar, ethanol, bioenergy, and bagasse. Given its key role in providing renewable energy and derived products, sugarcane is a major focus of agricultural and industrial research. However, one of the most significant challenges impacting sugarcane production, especially in saline areas, is salinity stress. Soil salinity is one of the most critical environmental stresses, leading to reduced plant growth and yield, posing a serious global threat to agricultural production. Salinity stress negatively affects sugarcane growth and development in several ways, including reduced water uptake, disruption of metabolism, and accumulation of sodium in plant tissues. As a result, the severe decline in yield and product quality in saline areas has become a major concern for both farmers and researchers. This review aims to examine the challenges posed by salinity in sugarcane and to present innovative remedial strategies for enhancing the crop's resistance to salinity.
Materials and Methods: This review study was conducted using a systematic search in reputable scientific databases such as PubMed, Scopus, and Web of Science. Initially, over 100 articles related to salinity and sugarcane were reviewed. The criteria for selecting the articles included publication in peer-reviewed journals, relevance to the topic of salinity, and a focus on innovative remedial methods. After an initial review, articles specifically addressing novel approaches for improving sugarcane resistance to salinity were selected and analyzed. The extracted data were qualitatively analyzed and categorized to identify key challenges and trends.
Results: The results of this study show that salinity has widespread negative effects on sugarcane's physiological and biochemical processes. In the early stages of salinity stress, the plant experiences osmotic stress due to reduced water uptake and stomatal closure, which leads to a decrease in photosynthesis and ultimately a reduction in plant growth. Sodium accumulation in cells causes ionic stress, resulting in cell membrane damage and decreased enzymatic activity. These processes lead to premature leaf senescence and a significant reduction in sucrose concentration in sugarcane stalks, directly affecting the quality of the final product. To address these challenges, various methods have been employed globally. One of the primary approaches is the genetic improvement of sugarcane through traditional methods such as selecting salinity-tolerant parents and performing hybridization. These methods enable the development of varieties that show greater tolerance to saline conditions. However, due to the complexity of the sugarcane genome, which includes multiple chromosome sets, this process is highly time-consuming, often requiring 7 to 12 years to produce a salinity-tolerant variety. Additionally, this genetic complexity makes each hybridization event unique and unpredictable, complicating the breeding process. In addition to traditional methods, modern molecular approaches have emerged as critical strategies for improving sugarcane's resistance to salinity. Molecular tools, such as PCR-based markers and genome-editing technologies like CRISPR, can target key salinity-tolerance genes and eliminate or modify sensitive genes, aiding in the development of salinity-resistant sugarcane varieties. These methods not only shorten the time required for resistance improvement but also provide a more precise and reliable way of genetic modification. Beyond genetic modification, the use of plant growth-promoting microorganisms (PGPBs) has been introduced as an effective approach for mitigating the effects of salinity. These microorganisms enhance salinity tolerance by producing plant hormones such as indole-3-acetic acid (IAA) and cytokinins, improving nutrient exchange, and regulating osmoprotectant compounds such as total soluble sugar (TSS) and proline. Additionally, these microbes protect plants against diseases and environmental stressors by producing antibiotics, hydrogen cyanide, and other pathogen-inhibiting compounds. Research has shown that the use of these microorganisms can significantly reduce the negative effects of salinity and improve sugarcane performance under saline conditions. Omics technologies such as transcriptomics, proteomics, metabolomics, and ionomics have also proven to be effective tools in identifying genes and molecular pathways associated with salinity tolerance. These techniques allow researchers to identify gene expression patterns under saline conditions and propose new strategies for improving sugarcane's salinity resistance. Specifically, next-generation sequencing (NGS) technology has played a vital role in accelerating transcriptomic studies of sugarcane tissues under salinity stress.
Conclusion: In conclusion, this review demonstrates that salinity is one of the major challenges in sugarcane production, having extensive negative effects on the growth and yield of the crop. However, employing innovative remedial methods, such as traditional and molecular genetic improvement, the use of plant growth-promoting microorganisms, and omics technologies, can significantly enhance sugarcane's resistance to salinity. Given the critical importance of sugarcane in the global industry, future research should focus on optimizing these methods and developing new strategies to simultaneously increase the efficiency and sustainability of sugarcane production in saline areas and improve the quality of the final product.
 
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله Breeding, Osmotic stress, Morphological response, Omics technology, Novel technology.

نویسندگان مقاله بهاره فتاحی | Bahareh Fatahi
دانشگاه آزاد اسلامی

مهدی سلطانی حویزه | mehdi Soltani Howyzeh
دانشگاه آزاد اسلامی


نشانی اینترنتی http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-614-4&slc_lang=fa&sid=1
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده اصلاح برای تنش های زنده و غیرزنده محیطی
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات