بیوتکنولوژی و کاربرد آن در کشاورزی

● اشاره
بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک دانش جدیدی است که نخستین دستاوردهای آن در هاله‌ای از بیم و امید ارزیابی می‌شود. در طول تاریخ بسیاری از پدیده‌های علمی در مرحله آغازین با تردید و مقاومت شدید روبه‌رو بوده‌اند. صدها نمونه از وقایع تلخ و شیرینی که بر این اساس رقم خورده، قابل شمارش است، اما کمتر دانشی به اندازه مهندسی ژنتیک با ساختار اصلی و قانونمند اعجاب‌آور و تحسین‌برانگیز در زمینه تولید فرآورده‌های حاصل از مهندسی ژنتیک با ساختار اصلی و قانونمند سامانه هستی درگیر شده است.
دهه اخیر شاهد تحولاتی اعجاب‌آور و تحسین‌برانگیز در زمینه تولید فرآورده‌های حاصل از مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی بوده است. چنانکه پیش‌بینی می‌شد، در آغاز هزاره سوم میلادی نیز بر سرعت تحولات در این زمینه افزوده شده است. تحولاتی که به همراه فناوری ارتباطات، سرنوشت اقتصادی و حتی اجتماعی و بعضاً سیاسی برخی از مناطق جهان را تحت‌تأثیر قرار خواهد داد. مهندسی ژنتیک و دست‌ورزی گیاهان زراعی و تولید گیاهان با مقاومت مطلق در مقابل آفات و امراض نباتی و بی‌نیاز از کاربرد سموم خطرناک تحولی را در کشاورزی ایجاد کرده است که تنها با ”انقلاب سبز“ قابل مقایسه است.
کلمه بیوتکنولوژی اولین بار در مجمع سازمان ملل متحد، در شهر لیدز انگلستان و در سال ۱۹۲۰ به‌کار برده شد. بیوتکنولوژی و در سال ۱۹۲۰ به‌کار برده شد. بیوتکنولوژی یکی از مدرن‌ترین شاخه‌های زیست‌شناسی است که مجموعه‌ای از علوم بیوشیمی، میکروبیولوژی سلولی، بیولوژی، مهندسی ژنتیک و ... را شامل می‌شود. در دهه ششم از قرن بیستم، اصلاح گران نباتات توانستند عملکرد بالائی از واریته‌های جدید به‌دست آورده و بدین‌ترتیب انقلاب سبز را به‌وجود آوردند. اما همزمان با افزایش جمعیت، این افزایش نتوانست کمبود موادغذائی را جبران کند لذا دانشمندان به تحقیق در این زمینه پرداختند. پیشرفت‌های جدید، زمینه‌های جدید را به‌وجود آورده که با کمک آن می‌توان از میکروارگانیزم برای تولید محصولات تجاری مقاومت شامل موادغذائی و دارو بهره گرفت.
به همین کیفیت، تکنیک‌هائی برای تشخیص بیماری‌ها، تولیدات شیمیائی بیولوژی و سوخت برای آینده مورد استفاده قرار گرفته است. مهندسی ژنتیک یکی از ابزارهای کارآمد بیوتکنولوژی می‌باشد که هدف از آن، شناخت ساختمان و کارآئی ژن تولید پروتئین و مواد اولیه مفید دیگر به‌وسیله روش‌های متداول که نوظهور و تولید گیاهان و حیوانات تراریخته با ویژگی مطلوب می‌باشد والبته باید توجه داشت که مهندسی ژنتیک با ژنتیک تفاوت داشته، بدین‌ترتیب که ژنتیک بیشتر یک علم است و به بررسی نحوه انتقال صفات از والدین به فرزندان می‌پردازد و از ابتدای قرن ۲۰ پس از کشف مجدد قوانین مندل به‌صورت یک علم است و به بررسی نحوه انتقال صفات از والدین به فرزندان می‌پردازد.
از ابتدای قرن ۲۰ پس از کشف مجدد قوانین مندل به‌صورت یک علم نوین ظهور کرد، اما مهندسی ژنتیک یک فناوری با یک تفکیک است که با استفاده از علوم مختلف طی دست‌ورزی یا دستکاری ژنتیکی موجودات زنده در سطح مولکول DNA تغییراتی در موجودات ایجاد می‌شود. مهندسی ژنتیک بخشی از بیوتکنولوژی مدرن امروزی است که از دهه ۸۰ میلادی به‌طور جدی مطرح شده است.
● پیدایش و تعریف بیولوژی
منشاء بیوتکنولوژی به دوران ماقبل تاریخ برمی‌گردد زمانی‌که از میکروارگانیزم‌ها برای فرآیندهائی همچون تخمیر، تولید ماست و پنیر از شیر تولید سرکه از ملاس تولید بوتانولو و استول از نشاسته توسط clostridium acetobutilycum و یا تولید آنتی‌بیوتیک‌هائی نظیر پنی‌سیلین از Penicilliumnotatum استفاده کرده‌اند. مع‌ذلک با کشف آنزیم‌های برشی در دهه ۱۹۷۰ بیوتکنولوژی پیشرفت قابل‌ملاحظه‌ای کرد و به ابداع فنون متنوعی در فرآوری ژن انجامید. به‌طوری که به‌عنوان مهمترین انقلاب علمی این قرن در نظر گرفته می‌شود. گرچه تکنولوژی در سال ۱۹۷۰ فراگیر شد اما نتایج اولیه آزمایشگاه آن فقط بعد از سال ۱۹۸۰ نمایان شد.
در واقع بیوتکنولوژی محصول تعامل بین علم بیولوژی و تکنولوژی است. به‌منظور تعاریف بیوتکنولوژی پیشنهاداتی ارائه شده است و محققین مختلف تفاسیر متفاوتی از این فناوری ارائه داده‌اند.
▪ مع‌ذالک تعاریف زیر به‌نظر مس‌رسد که مناسبترین تعاریف باشند:
۱) کاربرد علم مهندسی در استفاده مستقیم یا غیرمستقیم از موجودات زنده و یا اجزاء و تولیدات آنها در حالت طبیعی یا تغییریافته آن موجودات.
۲) استفاده تلفیقی. از علوم بیوشیمی میکروبیولوژی و مهندسی به‌منظور نایل شدن به استفاده صنعتی از قابلیت‌های میکروارگانیزم‌ها سلول‌های بافت کشت ده و اجزاء متعلق به آنها (فدراسیون بیوتکنولوژی اروپا).
۳) استفاده کنترل شده از عوامل بیولوژیکی از قبیل میکروارگانیزم‌ها با اجزاء سلولی برای استفاده مفید (فرهنگستان علوم ایالات متحده).
۴) تولید فرآورده‌ها از طریق فرآیند زیستی که مستلزم فنون مهندسی است (فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران)
یکی از مشکلات اصلاح نباتات کلاسیک و مرسوم این است که دامنه موجوداتی که امکان مبادله ژن در بین آنها وجود دارد، به‌دلیل موانع گونه‌ای شدیداً محدود است. فناوری جدید راهکار بهتری را برای کنترل و دست‌ورزی اهداف فراهم کرده‌اند و حصارهای خاص گونه‌ای مانعی بر سر راه آنها محسوب نمی‌شود. این فنون جایگزین اصلاح نباتات مرسوم نیستند بلکه با ایجاد روش‌های نوین دسترسی به اهدافی که با روش‌های مرسوم امکان‌پذیر نیست را ممکن می‌سازد.
● فواید بیوتکنولوژی
بیوتکنولوژی جبهه علمی هیجان‌انگیزی را در کشاورزی گشوده است. تکنیک‌های جدید حاصل از تکنولوژی در مقایسه، سریع، بسیار ویژه و در مصرف منابع کارآمد هستند. اکنون دیگر قدرت بیوتکنولوژی قدرتی تجلی نیست. در چند سال اخیر توانسته‌ایم آنچه را که تنها در فکر می‌گذشت به فعل درآوریم. به‌طور نمونه دانشمندان یاد گرفته‌اند که چگونه با تغییر ژنتیکی بعضی گیاهان مقاومت آنها را در برابر برخی علف‌کش‌ها افزایش دهد یا با استفاده از بیوتکنولوژی توانسته‌اند واکسن‌های مطمئن و کارآتری را علیه بیماری‌های ویروسی و باکتریائی نظیر هاری کاذب، اسهال و تب برفکی بسازند.
بیوتکنولوژی امروزه توانسته است بر روی ژن موجودات زنده کار کند و در جهت هدف‌های پیش‌بینی شده تغییراتی را ایجاد کند که از این منظر عبارت از دخالت مستقیم در محتوای اطلاعات وراثتی سلول‌های زنده و توفیق در تولید گونه‌های جدید و بهتر است.
روش‌های جدید تکنولوژی در علم کشاورزی شامل کشت سلولی، کشت بافت و پروتوپلاست گیاهی، هیبرید سلول‌ها سرومانی، دستکاری و انتقال جنین و DNA نوترکیب در شناسائی تبیین ماهیت انتقال و کنترل ژن است. دانشمندان بسیاری از این روش‌ها را برای بهینه‌سازی گیاهان و جانوران به‌کار برده‌اند. برای نمونه بیش از ۴۰ نوع گیاه از الحاق پروتوپلاست تولید شده است که سیب‌زمینی و گوجه‌فرنگی از جمله این نمونه‌ها به‌شمار می‌رود. کشت بافت به‌عنوان یکی از بنیادی‌ترین روش‌های فن‌آوری بیوتکنولوژی امروزه به‌صورت گسترده مورد استفاده دانشمندان قرار گرفته است.
طی این روش‌ها می‌توان از یک سانتی‌مترمکعب از بافت یا اندام گیاه، چندین میلیون سلول همانند تولید کرد و به‌طور بالقوه‌ای می‌توان از آنها میلیون‌ها بوته یا خواص یکسان به‌دست آورد. طی این شیوه، امکان مطالعه بهتر گیاه در کمترین زمان و با بیشترین ضریب اطمینان ممکن می‌باشد. برای نمونه در یک آزمایشگاه تحقیقاتی به‌نام ماکس پلانک (MAX PLANCK) در آلمان، ضمن آزمایشی معلوم شد که از میان ۴۲ هزار بافت سیب‌زمینی مورد آزمایش فقط ۷۳ بافت یعنی (۴ درصد بافت‌ها) در برابر قارچ سیب‌زمینی مقاوم بودند. بافت مقاوم تکثیر گردیده و گیاهان مقاوم به قارچ، سپس به مزرعه منتقل گردیدند.
(این شیوه دست‌یابی به گونه‌های مقاوم فقط در مدت ۸ ماه علمی گردید، رد صورتی‌که در سال‌های ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۰ این کار از طریق روش‌های اصلاح نباتات حداقل ۱۰ تا ۱۵ سال زمان می‌طلبد. این کار در گیاهان دیگر از جمله نخل روغنی حداقل ۳۰ سال زمان نیاز دارد. در حال حاضر در کشورهای صنعتی، این شیوه بسیار رواج یافته و تحولات شگرفی در تولید گونه‌های گیاهان زراعی با خصوصیات جدید به‌وجود آمده است.
بیوتکنولوژی، روش‌های جدید بهینه‌سازی گیاهان به‌طور مقرون به صرفه و از طریق مختلف را ممکن ساخته است، که برای نمونه می‌توان به افزایش مقاومت در مقابل خطرات و بیماری‌ها، راه‌های جدید مبارزه با علف‌های هرز، مقاومت بیشتر در مقابل فشارهای جوی و محیطی از جمله خشکسالی، سرما و نمک و موادشیمیائی (مثل آلومینیوم)، استفاده بهتر از مواد مغذی مثل نیتروژن، بهبود کیفی فرآورده‌ها از طریق ایجاد تغییراتی در ویژگی‌های موادی مثل اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، طعم، مزه و قابلیت حفظ کیفیت به‌هنگام ذخیره‌سازی و بهبود در چگونگی متابولیسم گیاهی (مثل استفاده از نیتروژن فتوسنتز)، تولید گل و دانه و تقسیم موادغذائی بین ساقه و دانه اشاره نود.
● فواید مهندسی ژنتیک
در طول تاریخ کشاورزی، بشر از فرآیند طبیعی مبادله ژن در قالب اصلاح نباتات و به‌وجود آمدن تنوع خصایص بیولوژیکی استفاده نموده است. واقعیت فوق پشتوانه کلیه تلاش‌ها برای اصلاح گونه‌های کشاورزی، خواه از طریق اصلاح نباتات و دام به‌صورت سنتی و یا از طریق تکنیک‌های بیولوژیکی مولکولی بوده است. در این دو مورد، بشر برای تولید انواع گیاهان و جانورانی که دارای صفات و خصایص مطلوب باشند، مانند گیاهان مقاوم به بیماری‌ها و دام‌های خوراکی که در آنها نسبت به ماهیچه به چربی زیادتر است تلاش کرده است.
▪ دلیل اصلی و اولیه ایجاد مهندسی ژنتیک ناشی از رسیدن به اهداف سودمندی در علوم کاربردی، بهداشتی و پزشکی به‌شرح ذیل بوده است:
۱) شناخت ساختمان و کارآئی ژن
۲) تولید پروتئین‌های مفید و مواد اولیه دیگر به‌وسیله روش‌های نوظهور متداول
۳) تولید گیاهان و حیوانات ترار پخته با ویژگی‌های مطلوب
تفاوت عمده میان اصلاح نبات و دام به‌صورت سنتی است بیولوژیکی مولکولی انتقال ژن‌ها، نه در هدف‌‌‌هاست و نه در فرآیندها بلکه در سرعت، دقت، قابلیت اطمینان و دامنه کار قرار دارد. هرگاه متخصصان سنتی اصلاح دام و نباتات دو گیاه با دام دارای قابلیت جنسی را با یکدیگر آمیزش می‌دهند ده‌ها ژن با یکدیگر درهم می‌آمیزند. هر یک از والدین نیمی از ژنوم (یا مجموعه ژن‌های) خود را در قال ادغام سلولی تخم و اسپرم به نسل خود منتقل می‌کند، لیکن ترکیب آن نیمه در هر یک از سلول‌های جنسی والدینی و به تبع آن در هر آمیزش تفاوت می‌کند. قبل از وقوع ترکیبات مطلوب ژن‌ها و ایجاد صفات موردنظر در نسل بعد باید آمیزش زیادی صورت پذیرد.
با استفاده از روش‌های بیولوژیکی مولکولی و مطالعه تکثیر تک تک ژن‌ها می‌توان برخی از این مسائل را حل نمود. دانشمندان به‌جای اتکاء به ترکیب‌های متوالی تعداد متنابهی ژن برای کسب نتایج دلخواه می‌توانند هر ژن را به‌طور مجزا برای بررسی صفتی معین مستقیماً در ژنوم سلول تخم قرار دهند.
آنها نحوه تظاهر این ژن‌ها در رقم جدید گیاه یا دام را هم کنترل می‌کنند. خلاصه آنکه با تمرکز روی صنعت مطلوب می‌توان از طرق انتقال مولکولی ژن موردنظر مدت زمان لازم برای ایجاد ارقام جدید را کوتاه نمود. سطح دقت مطالعه را بالا برد. می‌توان با استفاده از این روش‌ها، ژن‌ها را میان گیاهان و یا جانورانی که از لحاظ جنسی قابل آمیزش نیستند مبادله نمود.تکنیک‌های انتقال ژن، کلید بسیاری از کار بست‌های بیوتکنولوژی هستند. اساس مهندسی ژنتیک عبارت است از توان شناسائی ژن موردنظر یعنی ژنی که حاوی ویژگی مطلوب در موجودات است، مجزا کردن آن ژن، مطالعه کارکرد و اصول فعالیت آن تغییر ژن و کار گذاشتن مجدد آن در میزبان طبیعی خود و یا گیاه و جانوری دیگری این تکنیک‌ها ابزار هستند نه هدف. با استفاده از آنها می‌توان طبیعت و وظیفه و کارکرد ژن‌ها را شناسائی نمود، اسرار مقاومت به بیماری‌ها را گشود، رشد و نمو را تنظیم نمود و یا در نحوه ارتباط میان سلول‌ها و موجودات دخل و تصرف نمود.
مهندسی ژنتیک امکان ایجاد واریته‌ها و گیاهانی را فراهم می‌کند که دارای صفاتی هستند که دسترسی به آنها از روش‌های معمول غیرممکن است.
برای مثال با دست‌ورزی ژنتیک برنج طارم مولائی، نه تنها به کرم ساق‌خوار برنج بلکه به کلیه آفات پروانه‌ای و برخی بیماری‌های قارچی مانند شیت بلایت مقاوم شده است. صفت مقاومت مطلق به کرم ساقه‌خوار و بیماری شیت بلایت در هیچ یک از ۱۲۰۰۰۰ نمونه برنج نگهداری شده در مؤسسه بین‌المللی تحقیقات برنج مشاهه نشده است. با توجه به عدم دسترسی به ارقام مقاوم نمی‌توان از روش‌های سنتی اصلاح نباتات برای ایجاد چنین صفات مهمی استفاده کرد. منابع اقتصادی و زیست‌محیطی این قبیل واریته‌های زراعی بی‌نیاز را توضیح است.
کاهش مصرف سموم، کاهش هزینه‌های تلوید، افزایش عملکرد، محیط‌زیست سالم‌تر برای انسان دام و آبزیان به‌ویژه انطباق کامل این فناوری با روش‌های مبارزه تلفیقی از معدود مزایای کاربرد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و بیماری‌ است. در این رابطه به تازگی خبرهای مسرت‌بخشی مبنی بر رهاسازی و تولید انبوه اولین برنج تراریخته در ایران منتشر شده که این موفقیت می‌تواند کمک شایانی به افزایش تولید این محصول استراتژیک در کشور کند. این برنج تراریخته، با دست‌ورزی ژنتیکی رقم طارم مولائی در پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی تولید شده و نزدیک به ۱۰ سال از اولین آزمایش‌های بررسی آن می‌گذرد.
در این برنج با ابراز ژن مسئول تولید پروتئینی کریستالی موسوم به (Cry ۱ A(b در برگ گیاه، به محض تغذیه لارو حشره آفت از قسمت سبز گیاه، طی یک واکنش که فقط در محیط قلیائی دستگاه گوارش این حشره صورت می‌گیرد، آفت نابود می‌شود و هیچ اثر منفی دیگری بر سایر حشرات مفید موجود در مزرعه وجود نخواهد داشت. علاوه بر این مبارزه اختصاصی با آفت، عدم ابراز ژن مذکور در دانه برنج نیز در این برنج تراریخته رعایت شده است.
گرچه این پروتئین برای انسان مضر نیست و محاسبات انجام شده نشان داده که میزان پروتئین (Cry ۱ A(b موجود در چندین هزار کیلو ذرت Bt نه تنها هیچ اثر منفی بر موش نداشته، بلکه به‌عنوان یک پروتئین غذائی برای مصرف انسان (حتی کودکان و نوزادان) مورد تأیید قرار گرفته است. این برنج بدون مصرف هرگونه سم در برابر تمامی آفات پروانه‌ای این گیاه از جمله انواع برگخوارها و همچنین کرم ساقه‌خوار که از جمله مهمترین آفات برنج در کشور ما بوده و بیشترین میزان سموم مصرفی را به خود اختصاص داده‌اند، مقاوم است.
در یک جمع‌بندی اینگونه نتیجه‌گیری شده است که بهره‌گیری از روش‌های مهندسی ژنتیک منجر به تولید محصولات مقاوم در برابر آفات باارزش غذائی بالاتر می‌شود، انعطاف بیشتری در عملیات زراعی به‌وجود می‌آورد و به‌دلیل کاهش مصرف سموم دفع آفات نباتی برای محیط‌زیست جهان مفید خواهد بود.
● اهمیت بیوتکنولوژی
توسعه پایدار در مفهوم گسترده خود عبارت از اداره و بهره‌برداری صحیح و کارای منابع پایه، منابع طبیعی، منابع مالی و نیروی انسانی برای ذیل به الگوی مصرف مطلوب، همراه با به‌کارگیری امکانات فنی، ساختار و تشکیلات مناسب برای رفع نیاز نسل‌های امروز و آینده به‌طور مستمر و قابل رضایت می‌باشد. براساس این تعریف فناوری، کلیدی مهم برای بهره‌وری بیشتر و بهینه از منابع محدود طبیعی است که به توسعه پایدار در تمام ابعاد منجر می‌گردد.
لذا برآیند توانائی و ظرفیت‌های یک کشور، برای انتخاب، تشخیص و انطباق یک فن‌آوری بی‌خطر و مناسب برای محیط‌زیست می‌تواند معیاری برای خودکفائی پایدار و در نهایت نیل به توسعه پایدار جهانی باشد. امروزه بیوتکنولوژی و به‌ویژه نوع مدرن آن، یکی از ابزارهای نیرومند تکنولوژیک محسوب می‌شود که خود به‌دلیل ظرفیت، توان بالقوه و قابل‌توجه‌اش، اثرات شگرفی بر جامعه از حیث اقتصادی، علمی و اجتماعی گذارده است. بیوتکنولوژی نه تنها می‌تواند در افزایش سطح قابلیت‌ها و توانمندی‌های بخش‌های مختلف جامعه مؤثر باشد، بلکه حتی می‌تواند منجر به بهبود مناسب روش‌ها و فرآیندهای متنوع تولیدی و خدماتی در زیر بخش‌های چون کشاورزی و پزشکی گردد.
هدف و انگیزه اغلب کشورهای در حال توسعه از به‌کارگیری بیوتکنولوژی این است که بتوانند آن را در خدمت توسعه و بهبود وضعیت صنایع کشاورزی داروئی و غذائی درآورند. ضمن اینکه، بتوانند موادخام و کم‌ارزش را به فرآورده‌هائی با ارزش افزوده بالا تبدیل و یا زمین‌های بایر و کم حاصل را حاصلخیز و غنی کنند.
در این میان آگاهی و شناخت عمومی جامعه از اثرات بیوتکنولوژی بیشتر محدود و معطوف به‌کار بردها، محصولات و فرآورده‌های بیوتکنولوژی مدرن است، در حالی‌که با فراگیر شدن کاربردهای بیوتکنولوژی در حوزه‌های کشاورزی، صنعت و محیط‌زیست اثرات و جنبه‌های اقتصادی بیوتکنولوژی نیز فراگیر دشه و با توجه به روند یکپارچه شدن مسائل اقتصادی جهانی، این اثرات افزایش بیشتری خواهد یافت.
از جمله موارد استفاده بیوتکنولوژی در صنعت می‌توان به روند شیرین‌سازی شکر، تولید ویتامین‌های آلی و آمینواسیدها، تولید سوخت متان از فرآورده‌های پسماند و توسعه سوخت هیدروژن اشاره کرد. جایگاه بیوتکنولوژی در محیط زیست به‌قدری حائزاهمیت گردیده است که شاخه جدید از بیوتکنولوژی به‌نام Bioromodiaton به‌وجود آمده است که عبارت است علم استفاده از باکرتی‌ها و میکروارگانیزم‌ها در پاکسازی آلودگی‌های محیطی است. بیوتکنولوژی در حوزه محیط‌زیست می‌تواند در یافتن نژادهای مءثر برای تصفیه بهتر فاضلاب، خاک‌های آلوده و بقایای نفتی کمک کند. دانش بیوتکنولوژی در کاهش اثرات مخرب کشاورزی بر محیط، حفظ خاک و استفاده بهینه از منابع کشاورزی گام برداشته است. بیوتکنولوژی گیاهان زراعی نیز منجر به افزایش کمی و کیفی گیاهان زراعی گشته است.
از این دانش در توسعه ارقام جدید گیاهی با فواید بسیار زیادتر نسبت به ارقام قدیمی استفاده می‌شود. ولی مهندسی ژنتیک قادر است این فرآیندرا تسریع و دقت آن را افزایش دهد. درک کارآئی گیاهان تراریخته از سوی کشاورزان به‌حدی بوده است که در عرض کمتر از ۷ سال سطح زیرکشت گیاهان تراریخته (Transgenic) سی و پنج برابر افزایش یافته و سطحی بالغ بر ۵۸/۷ میلیون هکتار از اراضی جهان را به خود اختصصا داده است.
▪ با توجه به مسائل ذکر شده، به‌طور اخص می‌توان اهمیت کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی را به‌صورت ذیل بیان نمود:
الف) کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی موجب افزایش تولید می‌گردد. نمونه‌هائی از این تأثیر تولید فرآورده‌های جدید دامی و یا تولیدمثل برای به‌دست آوردم گاوهائی با شیرده بیشتر است.
ب) به‌کارگیری بیوتکنولوژی در کشاورزی، موجب کاهش هزینه‌های کشاورزی می‌گردد. (مانند ایجاد گیاهان مقاوم به آفات که استفاده از آفت‌کش‌ها را به حداقل کاهش می‌دهد)
ج) به‌کارگیری این تکنولوژی امکان بالقوه برای تولید غذاهائی با کیفیت بالا، فرآورده‌هائی با ارزش افزوده بیشتر و متناسب با انتظارات مصرف‌کننده و صنایعی تبدیلی غذائی را به‌وجود آورده است (گوشت‌های کم‌چربی، بذرهای روغنی با مقدار چربی تغییر یافته، سبزی‌هائی با انبارگی طولانی‌تر، نمونه‌هائی از این مورد هستند).
د) امید می‌رود که بیوتکنولوژی با ارائه گیاهان مقاوم با آفات و امثال آن، روش‌هائی را برای مقابله و کنترل علف‌ها و آفات در اختیار قرار دهد که برای محیط‌زیست زیانی نداشته باشد.
● کاربردهای تکنولوژی در کشاورزی
دانشی بیوتکنولوژی به‌عنوان عظیم‌ترین منبع تکنولوژی بشر در قرن فعلی مطرح بوده و آن را انقلاب سبز نوینی برای علیه بر فقر و گرسنگی نامیده‌اند. حامیان بیوتکنولوژی، معتقد هستند چنانچه روند فعلی رشد جمعیت ادامه یابد، به یقین نسل‌های آینده بشری با کمبود موادغذائی و فقر، روبه‌رو خواهند شد. بنابراین بایستی روش‌های مهندسی ژنتیک و اصلاح گیاهان زراعی پربازده در دستور کار کشورها قرار گیرد. روش‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی گیاهی می‌تواند، گونه‌هائی از محصولات جدید را، حتی در خاک‌های نامرغوب و نامساعد پرورش دهد.همچنین بذرهای مقاوم به ویروس و آفات گیاهی می‌تواند، کاربرد سموم و موادشیمیائی را محدود ساخته و بازدهی محصولات را افزایش بخشند.
به‌کارگیری بیوتکنولوژی نوین در کشاورزی منجر به تولید فرآورده‌های با کیفیت بهتر، کاهش هزینه تولید آن و تولید فرآورده‌هائی باارزش افزوده بیشتر می‌گردد. به همین دلیل، امروزه فعالیت‌های گسترده‌ای در بخش بیوتکنولوژی برای تبدیل تحقیقات پایه‌ای به‌ کاربردی و توسعه (تجاری) در حال شکل‌گیری است.
به‌کارگیری روش‌ها و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در کشت سلول و بافت گیاهان به‌ویژه گیاهای که از جنبه اقتصادی و غذائی اهمیت فوق‌العاده‌ای دارند، بسیار ارزشمند است. چرا که در مقایسه با شیوه‌های کشت و تکثیر معمولی از این روش می‌توان با هزینه‌ای بسیار کمتر و سرعت عمل بیشتری به دودمان‌های خالص سلولی و انتخاب سالم‌ترین بافت گیاه با بازده کمی و کیفی چشمگیری نائل شد. با به‌کارگیری بیوتکنولوژی می‌توان گیاهی را تولید کرد که به عواملی همچون سرما، گرما، رطوبت، خشکی، املاح، حشرات، آفات ویروس‌ها و سایر عوامل بیماری را مقاوم باشند و علاوه بر آن در مقایسه با موجود طبیعی، مجهز به مکانیسم‌های دفاعی اضافی باشند. این عوامل قرن‌ها است که کشاورزان را آزار داده و لطمات بی‌شمار اقتصادی وارد کرده است.
بیوتکنولوژی کاربردهای امیدوارکننده بسیاری دارد، اما نه یک راه‌حل عمومی و نه جایگزینی برای روش‌های موجود است، بلکه یک روش کمکی برای حل مشکلات کشاورزی است.
▪ نمونه‌های فراوانی از کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی امروز وجود دارد که برخی از نمونه‌ها در ذیل اشاره می‌گردد:
کرم اگروتیس (شب‌پره زمستانی) یکی از حشرات آسیب‌رساننده به غلات است که معمولاً به‌وسیله حشره‌کش‌ها با آن مبارزه می‌شود. باکتری با سیلوس تورژین سیس پروتئینی تولید می‌کند که کشنده حشره فوق است ولی این باکتری با غلات همزیستی ندارد. بیوتکنولوژیست‌ها برای حل مشکل ژن پروتئین تولیدی این باکتری را به باکتری پسودوموناس فلوئورسنس که در خاک وجود داشته است و با سویا همزیستی دارد انتقال دادند و سپس با وارد کردن این باکتری به خاک محل کشت غلات، حشره فوق را کنترل نموده و صدمات ناشی از آن را کاهش دادند. این مثال نمونه‌ای از کاربرد علم بیوتکنولوژی در کنترل حشرات و آفات محسوب می‌شود. از فن‌آوری بیوتکنولوژی در کنترل علف‌های هرز نیز استفاده گردیده است.
برای نمونه بسیاری از علف‌کش‌ها به‌دلیل حضور ماده‌ای به‌نام گیلفوسیت در علف‌کش رانداپ که تأثیر منفی بر فعالیت‌های آنزیمی حیوانات دارد، در مزارع حبوبات قابل استفاده نیست. بیوتکنولوژیست‌ها توانسته‌اند با انتقال ژن مقاومت به گیلفوسیت (که آن را در نوعی باکتری به‌نام سالمونلا فلانیفی موریوم یافته‌اند) به گیاهان زراعی، واریته‌های جدیدی از ذرت، پنبه و تنباکوی مقاوم به علف‌کش‌ها را تولید نمایند. استفاده از بیوتکنولوژی در گیاهان زراعی در افزایش کیفی گیاهان زراعی نیز مؤثر بوده است، به‌طویر که گیاهان تراریخته که از طریق بیوتکنولوژی به‌دست آمده‌اند نسبت به ارقام قدیمی تولید بیشتری داشته‌اند که این افزایش بهره‌وری به‌دلیل عوامل چون تحمل به خشکی، مقاومت به حشرات، بیماری‌ها و قدرت رقابت بیشتر با علف‌های هرز بوده است.
همچنین بیوتکنولوژیست‌ها موفق شده‌اند مکانیسمی که موجب نرم‌شدگی و فساد میوه‌هائی چون گوجه‌فرنگی می‌شود را با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیک تحت کنترل خود درآورده و موجب حذف شیمیائی موادی می‌شوند که موجب رسیدگی پیش از حد محصول می‌شود. با استفاده از این تکنیک، گوجه‌فرنگی Flavorsaver را تولید نمودند که میوه‌ها به حلت طبیعی رسیده و پس از برداشت، بدون اینکه میوه‌ها در معرض فساد قرار گیرند به مسافت‌های دور قابل حمل بودند. ایجاد مقاومت در مقابل تنش‌های محیطی مانند خشکسالی، گرما، سرما، ازن موجود در اتمسفر، نمک و مواد کافی از دیگر اهداف بیوتکنولوژیست‌ها بوده است. در این مورد می‌توان به تولید سیب‌زمینی و توت‌فرنگی مقاوم به یخبندان که از طرق مهندسی ژنتیک به دست آمده، اشاره نمود.
کشت سلولی که طی آن سلول‌های گیاهی رشد یافته در محیط کشت، به‌عنوان منبع تأمین‌کننده مواد ارزشمندی محسوب می‌گردند، از دیگر کاربردهای بیوتکنولوژی می‌باشد. برای نمونه، وانیل معمولاً از بذر گیاه وانیلا به‌دست می‌آید. استخراج وانیل از سلول‌های گیاهی کشت شده می‌تواند ارزان‌تر از روش‌های سنتی تمام شود. علاوه بر این از کشت سلول‌های گیاهی در محیط کشت، می‌توان ساقه و ریشه تولید کرد که برخی ا زاین اندام‌ها می‌توانند به‌دلیل جهش دارای صفات متفاوتی باشند که قابل بهره‌برداری خواهند بود.
علاوه بر موارد ذکر شده به اختصار، برخی از کاربردهای بیوتکنولوژی را می‌توان به‌صورت ذیل عنوان کرد:
۱) توسعه ظرفیت تثبیت نیتروژن در گیاهان غیرلگومیتوز (مهندسان ژنتیک در حال کار کردن بر روی انتقال ژن نیف (nif) در گیاهان غیرلگومینوز به‌وسیله استفاده از نافل E.Coli هستند).
۲) مراقبت از گیاهان در مقابل بیماری‌های گیاهی (گیاهانی مثل پایه نیشکر که از کشت بافت مریستمی به‌دست می‌آیند مقاومت بالائی نسبت به بیماری‌ها دارند).
۳) توسعه گونه‌های جدید به‌وسیله گداختن پروتوپلاسم با پروسه کلون‌سازی
۴) تولید ترکیبات مؤثر و مهم گیاهی از راه کشت انبوه سلولی
۵) استفاده از گیاهان به‌عنوان عوامل و منابع تولید محصولات زیست‌شناسی و شیمیائی
۶) مطالعه فرآیندهای رشد و نمو و تمایز آن
۷) مقاومت به تنش‌های زنده (حشرات، ویروس‌ها و بیماری‌های قارچی و باکتریائی)
۸) مقاومت به تنش‌های غیرزنده
۹) مقاومت به علف‌کش‌ها
۱۰) گیاهان تراریخت برای بهبود کیفیت (کیفیت انباری)
۱۱) گل‌های تراریخت برای رنگ گل
۱۲) گیاهان تراریخت برای نر عقیمی
۱۳) گیاهان تراریخت برای تولید بذور خاتمه‌دهنده (به تکنولوژی که قابلیت حیات یا باروری بذور را پس از یک مدت معین خاتمه می‌دهد، خاتمه‌دهنده یا Termimator technology می‌گویند. بدین‌ترتیب شرکت تولیدکننده، بذور نسل اول را می‌فروشد اما بذور و یا میوه‌های حاصل از این گیاهان فقط به‌عنوان غذا قابل استفاده هستند و اگر کشت شوند جوانه نخواهد زد).
۱۴) گیاهان تراریخت به‌عنوان بیوراکتورها (برای تولید ارزان مواد شییائی و داروئی که این پدیده به زراعت مولکولی یا Molecularfarming معروف می‌باشد)
۱۵) تولید پلاستیک قابل تجزیه زیستی (Biodegradale plastic)
۱۶) استفاده از آنزیم‌ها در تلوید مواد شیرین‌کننده تولیدات غذائی انسان
۱۷) کنترل و دفع آفات گیاهی و تهیه انواع کودهای زیستی و حشره‌کش‌های میکروبی
۱۸) اصلاح ژنتیک بذر و دانه‌های روغنی
۱۹) کاهش اثرات مخرب کشاورزی بر محیط خاک
۲۰) غنی‌سازی خاک و حاصلخیز کردن آن با استفاده از میکروارگانیسم‌های تثبیت‌کننده ازت و قارچ میکوریزا
۲۱) استفاده از ایجاد مصونیت برخی مواد شیمیائی گیاهان در برابر امراض مزمن انسان
۲۲) تهیه نوعی آلبومین انسانی در گیاهان با دستکاری ژنتیکی
۲۳) استفاده از هورمون‌های رشد در دام‌ها
۲۴) تلقیح مصنوعی دام‌ها و بهره‌گیری از صفات برتر ژنتیکی در روش‌های انتقال جنین
۲۵) کاربرد در صنایع غذائی تبدیلی و کاهش هزینه‌های تولید موادغذائی
۲۶) تهیه و تولید واکسن‌های مفید و جدید برای پیشگیری از عفونت‌های مرگ‌آور در دام‌ها و طیور
● آینده
کمتر شکی در مورد مدرن بودن بیوتکنولوژی وجود دارد. بدون شک این فن‌آوری یک مد زودگذر نیست. انتظارات ایجاد شده برای توسعه تجاری مقاومت به علف‌کش‌ها و حشرات، آینده درخشانی را برای بیوتکنولوژی کشاورزی خاطرنشان می‌نماید. با توجه به شواهد اولیه‌ای که در مورد استفاده از انتقال ژن‌های جدید به‌منظور ایجاد لاین‌های گیاهی سودمند برای تولید مواد شیمیائی، از مواد داروئی گرفته تا پلاستیک‌های قابل تجزیه زیستی وجود دارد، چشم‌انداز آینده این تکنولوژی نیز امیدوارکننده است.
بیوتکنولوژی کشاورزی در مسیر خود از شروع به‌کار بیوتکنولوژی تا تلوید مزرعه‌ای محصولات تجاری با موانع متعددی از محدودیت‌های علمی و تکنولوژیکی تا مشکلات قانونی و مدیریتی، عوامل اقتصادی و نگرانی‌های اجتماعی روبه‌رو می‌باشد. فرضیه محافظه‌کارانه قوانین در اکثر کشورها این است که تمام گیاهان تراریخت به‌طور بالقوه خطرناک هستند. خطرات احتمالی مرتبط با ژن منتقل‌شده و یا فنوتیپ ایجاد شده است نه روش‌های مورد استفاده برای انتقال ژن، تاکنون گزارشی در مورد اثرات مضر محیطی و با دیگر خطرات پیش‌بینی‌نشده گیاهان تراریخت در هزاران آزمایش مزرعه‌ای صورت گرفته در عرصه بین‌المللی ارائه نگردیده است، با این حال نگرانی‌های متعددی در رابطه با سیستم‌های کشاورزی ایجاد شده است.
اکنون عکس‌العمل مصرف‌کننده به محصولات گیاهی تراریخت با آزادسازی تجاری واریته‌های پیشرفته در سطح تجاری سنجیده شده است. این آزادسازی با افزایش انتشار اطلاعات در مورد گیاهان تراریخت به شکل قابل دسترس برای عموم، همزمان گردیده است. با این حال همچنان که محدودیت‌های تکنیکی برداشته می‌شوند، این احتمال وجود دارد که محدودیت‌های تجاری به اصلی‌ترین موانع تبدیل گردند. تکنولوژی‌های جدید که در این عرصه خلق می‌گردند کاملاً اختراعی بوده و واجد شرایط احراز حق حفاظت انحصاری و ملاحظه حقوق مالکیت معنوی می‌باشند.

محمدرضا داوری
منابع
۱) اصفهانی؛ کسری، ۱۳۸۳، ویلاگ بیوتکنولوژی
۲) بی‌نام، ۱۳۸۲، محیط‌زیست، زیست ایمنی و مسائل مرتبط با مهندسی ژنتیک، روزنامه همشهری (سایت اینترنتی روزنامه همشهری)، شماره ۳۱۷۸.
۳) حجاران؛ احمد، ۱۳۷۷، بیوتکنولوژی کشاورزی، راهبردهائی در جهت بهبود رقابت، نشر آموزش کشاورزی.
۴) خداوردی؛ رسول، ۱۳۸۲، بیوتکنولوژی، فن‌آوری استراتژیک در کشاورزی نوین، پیام جهاد کشاورزی (خرداد ۱۳۸۲)، پایگاه اطلاع‌رسانی روابط عمومی وزارت جهاد کشاورزی
۵) ذاکری؛ حسین، علیرضا، موسوی و نادر نوروزی، ۱۳۸۰، فرهنگ بیوتکنولوژی کشاورزی و علوم وابسته، انتشارات دانشگاه ایلام.
۶) فارسی؛ محمد و جعفر، ذوالعلی، ۱۳۸۲، اصول بیوتکنولوژی گیاهی (ترجمه)، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد
۷) هاشمی؛ مسعود ۱۳۸۰، فرهنگ کشاورزی و منابع طبیعی، انتشارات فرهنگ جامع
۸) یزدی صمدی؛ بهمن و همکاران، ۱۳۷۷، فرهنگ کشاورزی و منابع طبیعی (جلد اول)، فرهنگستان جمهوری اسلامی ایران.
۹) Anonymous, ۲۰۰۱, Biology (MPB Basic Facts Series), mpb Publications India Limited, Delhi.
۱۰) Anonymous, ۲۰۰۱, Biology (MPB Basic Facts Series,) mpb Pubilications India Limited, Delhi.

منبع : نشریه بین المللی فنی مهندسی ایران