مقاله بیوتکنولوژی و کاربرد ان در کشاورزی

 پیدایش و تعریف بیوتکنولوژی

     منشا بیوتکنولو ژی به دوران ما قبل تاریخ بر می گردد، زمانی که از میکروارگانیزم ها برای فرایندهایی همچون تخمیر ، تولید ماست و پنیر از شیر،  تولید سرکه از ملاس ، تولید بوتانول و استون از نشاسته توسط    clostridium acetobutilycum  و یا تولید آنتی بیوتیک هایی نظیر پنیسیلین از penicillium notatum  استفاده کرده اند. معذالک  با کشف آنزیم های برشی در دهه 1970 بیوتکنولو ژی پیشرفت قابل ملاحظه ای کرد و به ابداع فنون متنوعی در فرآوری ژن انجامید ،  به طوری که به عنوان مهمترین انقلاب علمی این قرن در نظر گرفته می شود. گرچه بیوتکنولوژی در سال 1970 فراگیر شد اما نتایج  اولیه آزمایشگاهی آن فقط بعد از سال 1980 نمایان شد.

 در واقع بیوتکنولو ژی محصول تعامل بین علم بیولو ژی و تکنولو ژی است. به منظور تعریف بیوتکنولو ژی پیشنهاداتی ارایه شده است و محققین مختلف تفاسیر متفاوتی از این فنآوری ارایه داده اند. معذالک  تعاریف زیر به نظر می رسد که مناسب ترین تعاریف باشند:

1-      کاربرد علم و مهندسی در استفاده مستقیم یا غیر مستقیم از موجودات زنده و یا اجزا و تولیدات آنها در حالت طبیعی یا تغییر یافته آن موجودات

2-   استفاده تلفیقی از علوم بیوشیمی  میکروبیولوژی و مهندسی به منظور نایل شدن به استفاده صنعتی از قابلیت های میکروارگانیزم ها،  سلول های بافت کشت شده و اجزای متعلق به آنها (فدراسیون بیوتکنولوژی اروپا )

3-       استفاده کنترل شده از عوامل بیولوژیکی از قبیل میکروارگانیزم ها یا اجزای سلولی برای استفاده مفید (فرهنگستان علوم ایالات متحده )

4-      تولید فرآورده ها 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 ،  به دلیل موانع گونه ای  شدیدا محدود است. فنآوری  جدید راهکار بهتری را برای کنترل و دست ورزی اهداف فراهم کرده اند و حصار های خاص گونه ای مانعی بر سر راه آنها محسوب نمی شود. این فنون جایگزین اصلاح نباتات  مرسوم نیستند  بلکه با ایجاد روش های نوین  دسترسی به اهدافی که با روش های مرسوم امکان پذیر نیست را ممکن می سازند.

فواید بیوتکنولوژی

     بیوتکنولوژی جبهه علمی هیجان انگیزی را در کشاورزی گشوده است. تکنیک های جدید حاصل از بیوتکنولوژی   در مقایسه ، سریع ،  بسیار ویژه و در مصرف منابع  کارآمد هستند.اکنون دیگر قدرت بیوتکنولوژی قدرتی تخیلی نیست. در چند سال اخیر توانسته ایم آنچه را که تنها در فکر می گذشت  به فعل در آوریم . به طور نمونه  دانشمندان یاد گرفته اند که چگونه  با تغییر ژنتیکی بعضی گیاهان مقاومت آنها را در برابر برخی علفکش ها افزایش دهند یا با استفاده از بیوتکنولوژی توانسته اند واکسن های مطمئن  و کارآ تری را  علیه بیماری های ویروسی و باکتریایی نظیر هاری کاذب، اسهال و تب برفکی بسازند. بیوتکنولوژی امروزه توانسته است بر روی ژن موجودات زنده کار کند و در جهت هدف های پیش بینی شده تغییراتی را ایجاد کند  که از این منظر عبارت از دخالت مستقیم در محتوای اطلاعات وراثتی سلول های زنده و توفیق در تولید گونه های جدید و بهتر است.

روش های جدید بیوتکنولوژی در علم کشاورزی شامل کشت سلولی،  کشت بافت و پروتوپلاست گیاهی ، هیبرید سلول های سوماتی،  دستکاری و انتقال جنین و DNA نوترکیب در شناسایی  تبیین ماهیت  انتقال و کنترل ژن است. دانشمندان بسیاری از این روش ها را برای بهینه سازی گیاهان و جانوران به کار برده اند. برای نمونه بیش از 40 نوع گیاه از الحاق پروتوپلاست تولید شده است  که سیب زمینی و گوجه فرنگی از جمله این نمونه ها به شمار می رود. كشت‌ بافت‌ به‌ عنوان‌ يكي‌ از بنيادي ‌ترين‌ روش‌هاي‌ فن‌آوري ‌بيوتكنولوژي‌ امروزه‌ به‌ صورت‌ گسترده‌ مورد استفاده‌ دانشمندان‌ قرارگرفته‌ است‌. طي‌ اين‌ روش‌ها مي‌توان‌ از يك‌ سانتي‌ متر مكعب‌ از بافت‌ يااندام‌ گياه‌، چندين‌ ميليون‌ سلول‌ همانند توليد كرد كه‌ بطور بالقوه‌اي ‌مي‌توان‌ از آنها ميليون‌ها بوته‌ با خواص‌ يكسان‌ بدست‌ آورد. طي‌ اين‌ شيوه ، ‌امكان‌ مطالعه‌ بهتر گياه‌ در كم ‌ترين‌ زمان‌ و با بيش‌ترين‌ ضريب‌ اطمينان ‌ممكن‌ مي‌باشد. براي‌ نمونه‌ در يك‌ آزمايشگاه‌ تحقيقاتي‌ به‌ نام‌ ماكس‌پلانك‌ (MAX Planck) در آلمان‌، ضمن‌ آزمايشي‌ معلوم‌ شد كه‌ ازميان‌ 42 هزار باٿت‌ سيب ‌زميني‌ مورد آزمايش‌ فقط 73 بافت‌ يعني‌ (4درصد بافت‌ها) در برابر قارچ‌ سيب‌ زميني‌ مقاوم‌ بودند. بافت‌ مقاوم‌ تكثيرگرديده‌ و گياهان‌ مقاوم‌ به‌ قارچ‌، سپس‌ به‌ مزرعه‌ منتقل‌ گرديدند. (اين‌شيوه‌ دست‌يابي‌ به‌ گونه‌هاي‌ مقاوم‌ فقط در مدت‌ 8 ماه‌ عملي‌ گرديد، درصورتي كه‌ در سال‌هاي‌ 1975 تا 1980 اين‌ كار از طريق‌ روش‌هاي‌ اصلاح‌نباتات‌ حداقل‌ 10 تا 15 سال‌ زمان‌ مي‌طلبد. اين‌ كار در گياهان‌ ديگر ازجمله‌ نخل‌ روغني‌ حداقل‌ 30 سال‌ زمان‌ نياز دارد. در حال‌ حاضر دركشورهاي‌ صنعتي ‌، اين‌ شيوه‌ بسيار رواج‌ يافته‌ و تحولات‌ شگرفي‌ در توليدگونه‌هاي‌ گياهان‌ زراعي‌ با خصوصيات‌ جديد بوجود آمده‌ است‌.
بيوتكنولوژي‌، روش‌هاي‌ جديد بهينه ‌سازي‌ گياهان‌ به‌ طور مقرون‌ به‌صرفه‌ و از طرق‌ مختلف‌ را ممكن‌ ساخته‌ است ،‌ كه‌ براي‌ نمونه‌ مي‌توان‌ به‌افزايش‌ مقاومت‌ در مقابل‌ خطرات‌ و بيماري‌ها، راه‌هاي‌ جديد مبارزه‌ باعلف‌هاي‌ هرز، مقاومت‌ بيشتر در مقابل‌ فشارهاي‌ جوي‌ و محيطي‌ ازجمله‌ خشكسالي‌، سرما و نمك‌ و مواد شيميايي‌ (مثل‌ آلومينيم‌)، استفاده ‌بهتر از مواد مغذي‌ مثل‌ نيتروژن‌، بهبود كيفي‌ فرآورده‌ها از طريق‌ ايجادتغييراتي‌ در ويژگي‌هاي‌ موادي‌ مثل‌ اسيدهاي‌ چرب‌، اسيدهاي‌ آمينه‌،طعم‌، مزه‌ و قابليت‌ حفظ كيفيت‌ به‌ هنگام‌ ذخيره‌سازي‌ و بهبود درچگونگي‌ متابوليسم‌ گياهي‌ (مثل‌ استفاده‌ از نيتروژن‌ فتوسنتز)، توليد گل ‌و دانه‌ و تقسيم‌ مواد غذايي‌ بين‌ ساقه‌ و دانه‌ اشاره‌ نمود.

فواید مهندسی   ژنتيك  :

      در طول تاریخ کشاورزی ، بشر از فرایند طبیعی مبادله ژنی در قالب اصلاح نباتات و به وجود آمدن تنوع خصایص بیولوژیکی استفاده نموده است. واقعیت فوق پشتوانه کلیه تلاش ها برای اصلاح گونه های کشاورزی ، خواه از طریق اصلاح نباتات و دام به صورت سنتی و یا از طریق تکنیک های بیولوژیکی ملکولی بوده است.در این دو مورد بشر، برای تولید انواع گیاهان و جانورانی که دارای صفات و خصایص مطلوب باشند ،  مانند گیاهان مقاوم به بیماری ها و دام های خوراکی که در آنها نسبت 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 به شرح  ذیل بوده است :

1-      شناخت ساختمان و کارآیی ژن

2-      تولید پروتیین های مفید و مواد اولیه دیگر بوسیله روش های نوظهور متداول

3-      تولید گیاهان و حیوانات تراریخته با ویژگی های مطلوب

تٿاوت عمده میان اصلاح نبات و دام به صورت سنتی و روشهای "بیولوژیکی- ملکولی " انتقال ژن ها ، نه در هدٿ هاست و نه در فرآیندها،  بلکه در سرعت ، دقت ، قابلیت اطمینان و دامنه کار قرار دارد . هرگاه متخصصان سنتی اصلاح دام و نباتات دو گیاه یا دام دارای قابلیت جنسی را با یکدیگر آمیزش می دهند، ده ها ژن با یکدیگر درهم می آمیزند ، هریک از والدین نیمی از ژنوم ( یا مجموعه ژنهای ) خود را در قالب ادغام سلولی تخم و اسپرم به نسل خود منتقل می کند ، لیکن ترکیب آن نیمه در هر یک از سلولهای جنسی والدینی و به تبع آن در هر آمیزش تفاوت می کند . قبل از وقوع ترکیب "مطلوب" ژن ها و ایجاد صفات مورد نظر در نسل بعد باید آمیزش های زیادی صورت پذیرد.

با استفاده از روش های بیولوژیکی ملکولی و مطالعه تاثیر تک تک ژن ها می توان برخی از این مسایل را حل نمود. دانشمندان به جای اتکا به ترکیب های متوالی تعداد متنابهی ژن برای کسب نتایج دلخواه  می توانند هر ژن را به طور مجزا برای بررسی صفتی معین مستقیما در ژنوم سلول تخم قرار دهند.آنها نحوه تظاهر این ژن ها در رقم جدید گیاه یا دام را هم کنترل می کنند. خلاصه آنکه با تمرکز روی صفت مطلوب می توان از طریق انتقال ملکولی ژن مورد نظر،  مدت زمان لازم برای ایجاد ارقام جدید را کوتاه نمود و سطح دقت مطالعه را بالا برد. همچنین  می توان با استفاده از این روش ، ژن ها را میان گیاهان و یا جانورانی که از لحاظ جنسی قابل آمیزش نیستند مبادله نمود.

تکنیک های انتقال ژن ، کلید بسیاری از کار بست های بیوتکنولوژی هستند.اساس مهندسی ژنتیک عبارت است از توان شناسایی ژن مورد نظر 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 دیگر.این تکنیک ها ابزار هستند نه هدف .  با استفاده از آنها می توان طبیعت و وظیفه و کارکرد ژن ها را شناسایی نمود ، اسرار مقاومت به بیماری ها را گشود ، رشد و نمو را تنظیم نمود و یا در نحوه ارتباط میان سلول ها و موجودات دخل و تصرٿ نمود.

  مهندسي ژنتيك امكان ايجاد واريته ها و گياهاني را فراهم مي كند كه داراي صفاتي هستند كه دسترسي به  آنها از روش هاي معمول غيرممكن است. براي مثال با دست ورزي ژنتيك برنج طارم مولايي ، نه تنها به كرم ساقه خوار برنج بلكه به كليه آفات پروانه اي و برخي بيماري هاي قارچي مانند شيت بلايت مقاوم شده است.
صفت مقاومت مطلق به كرم ساقه خوار و بيماري شيت بلايت در هيچ يك از ۱۲۰۰۰۰ نمونه برنج نگهداري شده در مؤسسه بين المللي تحقيقات برنج مشاهده نشده است. با توجه به عدم دسترسي به ارقام مقاوم نمي توان از روش هاي سنتي اصلاح نباتات براي ايجاد چنين صفات مهمي استفاده كرد. منافع اقتصادي و زيست محيطي اين قبيل واريته هاي زراعي بي نياز از توضيح است. كاهش مصرف سموم، كاهش هزينه هاي توليد، افزايش عملكرد، محيط زيست سالم تر براي انسان، دام و آبزيان و به ويژه انطباق كامل اين فناوري با روش هاي مبارزه تلفيقي از معدود مزاياي كاربرد گياهان تراريخته مقاوم به آفات و بيماري است.
در این رابطه به تازگی خبرهای مسرت بخشی 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 کشورکند. اين برنج تراريخته، با دستورزي ژنتيكي رقم طارم مولايي در پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي توليد شده و نزديك به 10 سال از اولين آزمايشهاي بررسي آن ميگذرد. در اين برنج با ابراز ژن مسئول توليد پروتئيني كريستالي موسوم به Cry1A(b) در برگ گياه، به محض تغذيه لارو حشره آفت از قسمت سبز گياه، طي يك واكنش كه فقط در محيط قليايي دستگاه گوارش اين حشره صورت ميگيرد، آفت نابود ميشود و هيچ اثر منفي ديگري بر ساير حشرات مفيد موجود در مزرعه وجود نخواهد داشت. علاوه بر اين مبارزه اختصاصي با آفت، عدم ابراز ژن مذكور در دانه برنج نيز در اين برنج تراريخته رعايت شده است، گرچه اين پروتئين براي انسان مضر نيست و محاسبات انجام شده نشان داده كه ميزان پروتئين Cry1A(b) موجود در چندين هزار كيلو ذرت Bt نه تنها هيچ اثر منفي بر موش نداشته، بلكه به عنوان يك پروتئين غذايي برای مصرف انسان (حتی کودکان و نوزادان) مورد تائيد قرار گرفته است.  این برنج ،  بدون مصرف هرگونه سم در برابر تمامي آفات پروانه‌اي اين گياه از جمله انواع برگ‌خوارها‌ و همچنين كرم ساقه‌خوار كه از جمله مهمترين آفات برنج در كشور ما  بوده و بيشترين ميزان سموم مصرفي را به خود اختصاص داده‌اند، مقاوم است.     

در يك جمع بندي اين گونه نتيجه گيري شده است كه بهره گيري از روش هاي مهندسي ژنتيك منجر به توليد محصولات مقاوم در برابر آفات باارزش غذايي بالاتر مي شود، انعطاف بيشتري در عمليات زراعي به وجود مي آورد و به دليل كاهش مصرف سموم دفع آفات نباتي براي محيط زيست جهان مفيد خواهد بود.

اهمیت  بیوتکنولوژی

      توسعه‌ پايدار در مفهوم‌ گسترده‌ خود عبارت‌ از اداره‌ و بهره‌برداري ‌صحيح‌ و كاراي‌ منابع‌ پايه‌، منابع‌ طبيعي‌، منابع‌ مالي‌ و نيروي‌ انساني‌ براي ‌نيل‌ به‌ الگوي‌ مصرف مطلوب‌، همراه‌ با به كارگيري‌ امكانات‌ ٿني‌، ساختار وتشكيلات‌ مناسب‌ براي‌ رفع‌ نياز نسل‌هاي‌ امروز و آينده‌، به‌ طور مستمر وقابل‌ رضايت‌ مي ‌باشد. بر اساس‌ اين‌ تعريف‌، فنآوري‌، كليدي‌ مهم‌ براي‌بهره‌وري‌ بيشتر و بهينه‌ از منابع‌ محدود طبيعي‌ است‌ كه‌ به‌ توسعه‌ پايداردر تمام‌ ابعاد منجر مي‌گردد. لذا برآيند توانايي‌ و ظرفيت‌هاي‌ يك‌ كشور، براي‌ انتخاب‌، تشخيص‌ و انطباق‌ يك‌ فن‌آوري‌ بي‌خطر و مناسب‌ براي ‌محيطزيست‌ مي‌تواند معياري‌ براي‌ خودكفايي‌ پايدار و در نهايت‌ نيل‌ به‌توسعه‌ پايدار جهاني‌ باشد. امروزه‌ بيوتكنولوژي‌ و به ويژه‌ نوع‌ مدرن‌ آن‌، يكي‌از ابزارهاي‌ نيرومند تكنولوژيك‌ محسوب‌ مي‌شود كه خود به‌ دليل ‌ظرفيت‌، توان‌ بالقوه‌ و قابل‌ توجه‌اش‌، اثرات‌ شگرفي‌ بر جامعه‌ از حيث‌اقتصادي ‌، علمي‌ و اجتماعي‌ گذارده‌ است‌.
بيوتكنولوژي‌ نه‌ تنها مي‌تواند در افزايش‌ سطح‌ قابليت‌ها وتوانمندي‌هاي‌ بخش‌هاي‌ مختلف‌ جامعه‌ مؤثر باشد، بلكه‌  حتي‌ مي‌تواندمنجر به‌ بهبود مناسب‌ روش‌ها و فرآيندهاي‌ متنوع‌ توليدي‌ و خدماتي‌ درزيربخش‌هاي‌ چون‌ كشاورزي‌ و پزشكي‌ گردد.هدف و انگيزه‌ اغلب‌ كشورهاي‌ در حال‌ توسعه‌ از به‌ كارگيري ‌بيوتكنولوژي‌ اين‌ است‌ كه‌ بتوانند آن‌ را در خدمت‌ توسعه‌ و بهبود وضعيت ‌صنايع‌ كشاورزي‌ دارويي‌ و غذايي‌ در آورند. ضمن‌ اينكه‌، بتوانند مواد خام ‌و كم‌ارزش‌ را به‌ فرآورده‌هايي‌ با ارزش‌ افزوده‌ بالا تبديل‌ و يا زمين‌هاي‌ بايرو كم ‌حاصل‌ را حاصلخيز و غني‌ كنند. در اين‌ ميان‌ آگاهي‌ و شناخت‌عمومي‌ جامعه‌ از اثرات‌ بيوتكنولوژي‌ بيشتر محدود و معطوف‌ به‌ كاربردها، محصولات‌ و فرآورده‌هاي‌ بيوتكنولوژي‌ مدرن‌ است‌، در حاليكه‌ با فراگيرشدن‌ كاربردهاي‌ بيوتكنولوژي‌ در حوزه‌هاي‌ كشاورزي‌، صنعت‌ و محيطزيست‌ اثرات‌ و جنبه‌هاي‌ اقتصادي‌ بيوتكنولوژي‌ نيز فراگير شده‌ و با توجه‌به‌ روند يكپارچه‌ شدن‌ مسائل‌ اقتصادي‌ جهاني‌، اين‌ اثرات‌ افزايش‌بيشتري‌ خواهد يافت‌.از جمله  موارد استفاده بیوتکنولوژی در صنعت می توان به روند شیرین سازی شکر،  تولید ویتامین های آلی و آمینواسیدها ، تولید سوخت متان از فرآورده های پسماند و توسعه سوخت هیدروژن اشاره کرد. جايگاه‌ بيوتكنولوژي‌ در محيط زيست‌ به‌ قدري‌ حايز اهميت‌ گرديده‌است‌ كه‌ شاخه‌ جديدي‌ از بيوتكنولوژي‌ به‌ نام‌  Bioromodiation به‌ وجود آمده‌ است‌ كه‌ عبارت‌ از علم‌ استفاده‌ از باكتري‌ها و ميكروارگانيسم‌ها در پاكسازي‌ آلودگي‌هاي‌ محيطي‌ است‌. بيوتكنولوژي‌ درحوزه‌ محيط زيست‌ مي‌تواند در يافتن‌ نژادهاي‌ مؤثر براي‌ تصفيه‌ بهترفاضلاب‌، خاك‌هاي‌ آلوده‌ و بقاياي‌ نفتي‌ كمك‌ كند. دانش‌ بيوتكنولوژي‌ دركاهش‌ اثرات‌ مخرب‌ كشاورزي‌ بر محيط، حفظ خاك‌ و استفاده‌ بهينه‌ ازمنابع‌ كشاورزي‌ گام‌ برداشته‌ است‌.بيوتكنولوژي‌ گياهان‌ زراعي‌ نيز منجر به‌ افزايش‌ كمي‌ و كيفي‌ گياهان‌زراعي‌ گشته‌ است‌. از اين‌ دانش‌ در توسعه‌ ارقام‌ جديد گياهي‌ با فوايدبسيار زيادتر نسبت‌ به‌ ارقام‌ قديمي‌ استفاده‌ مي‌شود. ولي‌ مهندسي‌ژنتيك‌ قادر است‌ اين‌ فرآيند را تسريع‌ و دقت‌ آن‌ را اٿزايش‌ دهد.درک کارآیی گیاهان تراریخته از سوی کشاورزان  به حدی بوده است که در عرض كمتر از ۷ سال سطح زير كشت گياهان تراريخته(Transgenic)  ۳۵   برابر افزايش يافته و سطحي بالغ بر ۷/۵۸ ميليون هكتار از اراضي جهان را به خود اختصاص داده است.

با توجه‌به‌ مسائل‌ ذكر شده‌ ،  بطور اخص‌ مي‌توان‌ اهميت‌ كاربرد بيوتكنولوژي‌ دركشاورزي‌ را بصورت‌ ذيل‌ بيان‌ نمود:

الف‌) كاربرد بيوتكنولوژي‌ در كشاورزي‌ موجب‌ افزايش‌ توليدمي‌گردد. نمونه‌هايي‌ از اين‌ تأثير توليد فرآورده‌هاي‌ جديد دامي‌ و يا توليد مثل‌ براي‌ به دست‌ آوردن‌ گاوهايي‌ با شيردهي‌ بيشتر است‌.
ب‌) به‌كارگيري‌ بيوتكنولوژي‌ در كشاورزي‌، موجب‌ كاهش‌ هزينه‌هاي‌كشاورزي‌ مي‌گردد. (مانند ايجاد گياهان‌ مقاوم‌ به‌ آفات‌ كه‌ استفاده‌ از آفت‌كش‌ها را به‌ حداقل‌ كاهش‌ مي‌دهد)
ج‌) به‌ كارگيري‌ اين‌ تكنولوژي‌ امكان‌ بالقوه‌ براي‌ توليد غذاهايي‌ باكيٿيت‌ بالا، فرآورده‌هايي‌ با ارزش‌ افزوده‌ بيشتر و متناسب‌ با انتظارات‌مصرف‌ كننده‌ و صنايع‌ تبديلي‌ غذايي‌ را به‌ وجود آورده‌ است‌ (گوشت‌هاي‌كم‌چربي‌، بذرهاي‌ روغني‌ با مقدار چربي‌ تغيير يافته‌، سبزي‌ هايي‌ باانبارگي‌ طولاني‌تر، نمونه‌هايي‌ از اين‌ مورد هستند).
د) ا ميد مي‌رود كه‌ بيوتكنولوژي‌ با ارائه‌ گياهان‌ مقاوم‌ به‌ آفات‌ و امثال‌آن‌، روش‌هايي‌ را براي‌ مقابله‌ و كنترل‌ علف‌ها و آفات‌ در اختيار قرار دهد كه‌ براي‌ محيط زيست‌ زياني‌ نداشته‌ باشد.

 کاربرد های بیوتکنولو‌‌ ژی در  کشاورزی

     دانش‌ بيوتكنولوژي‌ به‌ عنوان‌ عظيم ‌ترين‌ منبع‌ تكنولوژي‌ بشر در قرن ‌فعلي‌ مطرح‌ بوده‌ و آن‌ را انقلاب‌ سبز نويني‌ براي‌ غلبه‌ بر فقر و گرسنگي ‌ناميده‌اند.حاميان‌ بيوتكنولوژي‌، معتقدند چنانچه‌ روند ٿعلي‌ رشد جمعيت‌ادامه‌ يابد، به‌ يقين‌ نسل‌هاي‌ آينده‌ بشري‌ با كمبود مواد غذايي‌ و فقر، روبرو خواهند شد. بنابراين‌ بايستي‌ روش‌هاي‌ مهندسي‌ ژنتيك‌ و اصلاح‌گياهان‌ زراعي‌ پربازده‌ در دستور كار كشورها قرار گيرد. روش‌هاي‌ مهندسي‌ ژنتيك‌ و بيوتكنولوژي‌ گياهي‌ مي‌تواند، گونه‌هايي‌ از محصولات‌جديد را، حتي‌ در خاكهاي‌ نامرغوب‌ و نا مساعد پرورش‌ دهد; همچنين ‌بذرهاي‌ مقاوم‌ به‌ ويروس‌ و آفات‌ گياهي‌ مي‌توانند، كاربرد سموم‌ و موادشيميايي‌ را محدود ساخته‌ و بازدهي‌ محصولات‌ را اٿزايش‌ بخشند.

به كارگيري‌ بيوتكنولوژي‌ نوين‌ در كشاورزي‌ منجر به‌ توليد فرآورده‌هاي‌ با كيفيت‌ بهتر، كاهش‌ هزينه‌ توليد آن‌ و توليد فرآورده‌هايي‌ باارزش‌ افزوده‌ بيشتر مي‌گردد. به‌ همين‌ دليل‌، امروزه‌ فعاليت‌هاي‌گسترده‌اي‌ در بخش‌ بيوتكنولوژي‌ براي‌ تبديل‌ تحقيقات‌ پايه‌اي‌ به‌كاربردي‌ و توسعه‌اي‌ (تجاري‌) در حال‌ شكل‌گيري‌ است . به كارگيري‌ روش‌ها و ٿنون‌ مهندسي‌ ژنتيك‌ و بيوتكنولوژي‌ در كشت‌سلول‌ و بافت‌ گياهان‌ به ويژه‌ گياهاني‌ كه‌ از جنبه‌ اقتصادي‌ و غذايي‌ اهميت ‌فوق‌العاده‌اي‌ دارند، بسيار ارزشمند است‌. چرا كه‌ در مقايسه‌ با شيوه‌هاي ‌كشت‌ و تكثير معمولي‌ از اين‌ روش‌ مي‌توان‌ با هزينه‌اي‌ بسيار كمتر وسرعت‌ عمل‌ بيشتري‌ به‌ دودمان‌هاي‌ خالص‌ سلولي‌ و انتخاب‌ سالم ترين ‌بافت‌ گياهي‌ با بازده‌ كمي‌ و كيفي‌ چشمگيري‌ نائل‌ شد. با به كارگيري ‌بيوتكنولوژي‌ مي‌توان‌ گياهي‌ را توليد كرد كه‌ به‌ عواملي‌ همچون‌ سرما، گرما، رطوبت‌، خشكي‌، املاح‌، حشرات‌، آفات‌ ويروس‌ها و ساير عوامل‌بيماري زا مقاوم‌ باشند و علاوه‌ برآن‌ در مقايسه‌ با موجود طبيعي‌، مجهز به ‌مكانيسم‌هاي‌ دفاعي‌ اضافي‌ باشند. اين‌ عوامل‌ قرن‌ها است‌ كه‌ كشاورزان ‌را آزار داده‌ و لطمات‌ بي‌شمار اقتصادي‌ وارد كرده‌ است.بيوتكنولوژي‌ كاربردهاي‌ اميدوار كننده‌ بسياري‌ دارد، اما نه‌ يك‌ راه‌ حل‌ عمومي‌ و نه‌ جايگزيني‌ براي‌ روش‌هاي‌ موجود است‌، بلكه‌ يك‌ روش‌كمكي‌ براي‌ حل‌ مشكلات‌ كشاورزي‌ است‌. نمونه‌هاي‌ فراواني‌ ازكاربردهاي‌ بيوتكنولوژي‌ در كشاورزي‌ امروز وجود دارد كه‌ برخي‌ ازنمونه‌ها در ذيل‌ اشاره‌ مي‌گردد:
كرم‌ اگروتيس‌ (شب‌پره‌ زمستاني‌) يكي‌ از حشرات‌ آسيب‌ رساننده‌ به‌غلات‌ است‌ كه‌ معمولا به‌ وسيله‌ حشره‌كش‌ها با آن‌ مبارزه‌ مي‌شود. باكتري ‌با سيلوس‌ تورژين ‌سيس‌ پروتئيني‌ توليد مي‌كند كه‌ كشنده‌ حشره‌ فوق‌است‌ ولي‌ اين‌ باكتري‌ با غلات‌ همزيستي‌ ندارد .  بيوتكنولوژيست‌ها براي‌حل‌ اين‌ مشكل‌ ژن‌ پروتئين‌ توليدي‌ اين‌ باكتري‌ را به‌ باكتري ‌پسودوموناس‌ فلوئورسنس‌  كه‌ در خاك‌ وجود داشته‌ است‌ و با سوياهمزيستي‌ دارد انتقال‌ دادند و سپس‌ با وارد كردن‌ اين‌ باكتري‌ به‌ خاك‌محل‌ كشت‌ غلات‌، حشره‌ ٿوق‌ را كنترل‌ نموده‌ و صدمات‌ ناشي‌ از آن‌ راكاهش‌ دادند. اين‌ مثال‌ نمونه‌اي‌ از كاربرد علم‌ بيوتكنولوژي‌ در كنترل‌حشرات‌ و آٿات‌ محسوب‌ مي‌شود.از فنآوری‌ بيوتكنولوژي‌ در كنترل‌ علٿ‌هاي‌ هرز نيز استٿاده‌ گرديده ‌است‌.

براي‌ نمونه‌ بسياري‌ از علفكش‌ها به دليل‌ حضور ماده‌اي‌ بنام ‌گيلفوسيت‌  در علف‌كش‌ رانداپ‌  كه‌ تأثير منفي‌ بر فعاليت‌هاي ‌آنزيمي‌ حبوبات‌ دارد، در مزارع‌ حبوبات‌ قابل‌ استفاده‌ نيست‌.بيوتكنولوژيست‌ها توانسته‌اند با انتقال‌ ژن‌ مقاومت‌ به‌ گليفوسيت‌ (كه‌ آن‌را در نوعي‌ باكتري‌ به‌ نام‌ سالمونلا فلاتيفي‌ موريوم‌ يافته‌اند) به‌ گياهان‌زراعي‌، واريته‌هاي‌ جديدي‌ از ذرت‌، پنبه‌ و تنباكوي‌ مقاوم‌ به‌ علف‌كش‌هارا توليد نمايند.
استفاده‌ از بيوتكنولوژي‌ درگياهان‌ زراعي‌ در افزايش‌ كيفي‌ گياهان‌زراعي‌ نيز مؤثر بوده‌ است‌، به طوري كه‌ گياهان‌ تراریخته  كه‌ از طريق ‌بيوتكنولوژي‌ به‌ دست‌ آمده‌اند نسبت‌ به‌ ارقام‌ قديمي‌ توليد بيشتري‌ داشته‌اند كه‌ اين‌ افزايش‌ بهره‌وري‌ به‌ دليل‌ عواملي‌ چون‌ تحمل‌ به‌خشكي‌، مقاومت‌ به‌ حشرات‌، بيماري‌ها و قدرت‌ رقابت‌ بيشتر با علف‌هاي ‌هرز بوده‌ است‌‌. همچنين‌ بيوتكنولوژيست‌ها موفق‌ شده‌اند مكانيسمي‌ كه‌ موجب ‌نرم‌شدگي‌ و فساد ميوه‌هايي‌ چون‌ گوجه‌ فرنگي‌ مي‌شود را با استفاده‌ ازروش‌هاي‌ مهندسي‌ ژنتيك‌ تحت‌ كنترل‌ خود در آورده‌ و موجب‌ حذف‌شيميايي‌ موادي‌ مي‌شوند كه‌ موجب‌ رسيدگي‌ بيش‌ از حد محصول‌مي‌شود. با استفاده‌ از اين‌ تكنيك‌ ، گوجه‌ فرنگي‌ Flavrsavr را توليدنمودند كه‌ ميوه‌ها به‌ حالت‌ طبيعي‌ رسيده‌ و پس‌ از برداشت‌، بدون‌ اينكه‌ميوه‌ها در معرض‌ فساد قرار گيرند به‌ مسافت‌هاي‌ دور قابل‌ حمل‌ بودند.
ايجاد مقاومت‌ در مقابل‌ تنش‌هاي‌ محيطي‌ مانند خشكسالي‌، گرما،سرما، ازن‌ موجود در اتمسفر، نمك‌ و مواد كاني‌ از ديگر اهداف ‌بيوتكنولوژيست‌ها بوده‌ است‌. در اين‌ مورد مي‌توان‌ به‌ توليد سيب‌زميني‌ وتوت‌ فرنگي‌ مقاوم‌ به‌ يخبندان‌ كه‌ از طريق‌ مهندسي‌ ژنتيك‌ بدست‌ آمده‌،اشاره‌ نمودد.
كشت‌ سلولي‌ كه‌ طي‌ آن‌ سلول‌هاي‌ گياهي‌ رشد يافته‌ در محيطكشت‌، به‌ عنوان‌ منبع‌ تأمين‌ كننده‌ مواد ارزشمندي‌ محسوب‌ مي‌گردند، ازديگر كاربردهاي‌ بيوتكنولوژي‌ مي‌باشد. براي‌ نمونه‌، وانيل‌ معمولا از بذرگياه‌ وانيلا بدست‌ مي‌آيد. استخراج‌ وانيل‌ از سلول‌هاي‌ گياهي‌ كشت‌ شده ‌مي‌تواند ارزان تر از روش‌هاي‌ سنتي‌ تمام‌ شود. علاوه‌ بر اين‌ از كشت‌سلول‌هاي‌ گياهي‌ در محيط كشت‌، مي ‌توان‌ ساقه‌ و ريشه‌ توليد كرد كه‌برخي‌ از اين‌ اندام‌ها مي‌توانند به‌ دليل‌ جهش‌ داراي‌ صفات‌ متفاوتي ‌باشند كه‌ قابل‌ بهره ‌برداري‌ خواهند بود.علاوه‌ بر موارد ذكر شده‌ به‌ اختصار، برخي‌ از كاربردهاي‌ بيوتكنولوژي ‌را مي‌توان‌ بصورت‌ ذيل‌ عنوان‌ کرد:

 1-  توسعه ظرفیت تثبیت نیتروژن در گیاهان غیر لگومینوز (  مهندسان ژنتیک در حال کار کردن بر روی انتقال ژن نیٿ ( ( nif در گیاهان غیر لگومینوز بوسیله استٿاده از ناقل E.Coli  هستند )

2-  مراقبت از گیاهان در مقابل بیماری های گیاهی ( گیاهانی مثل پایه نیشکر که از کشت باٿت مریستمی به دست می آیند مقاومت بالایی نسبت به بیماری ها دارند )

3-    توسعه گونه های جدید به وسیله گداختن پروتوپلاسم یا پروسه کلون سا زی

4-    توليد تركيبات‌ مؤثر و مهم‌ گياهي‌ از راه‌ كشت‌ انبوه‌ سلولي‌

5-    استٿاده‌ از گياهان‌ به‌ عنوان‌ عوامل‌ و منابع‌ توليد محصولات ‌زيست‌شناسي‌ و شيميايي‌

6-    مطالعه‌ فرآيندهاي‌ رشد و نمو و تمايز آن‌

7-    مقامت به تنش های زنده (  حشرات،  ویروس ها و بیماری های قارچی و باکتریایی )

8-    مقاومت به تنش های غیر زنده

9-    مقاومت به علف کش ها

10-      گیاهان تراریخت برای بهبود کیفیت ( کیفیت انباری  )

11-      گل های تراریخت برای رنگ گل

12-      گیاهان تراریخت برای نر عقیمی

13-    گیاهان تراریخت برای تولید بذور خاتمه دهنده ( به تکنولوژی که قابلیت حیات یا باروری بذور را پس از یک مدت معین خاتمه می دهد ، خاتمه دهنده یا Terminator technology می گویند. بدین ترتیب شرکت تولید کننده ، بذور نسل اول را می فروشد اما بذور و یا میوه های حاصل از این گیاهان ٿقط به عنوان غذا قابل استفاده هستند و اگر کشت شوند جوانه نخواهد زد )

14-    گیاهان تراریخت به عنوان بیوراکتورها ( برای تولید ارزان مواد شیمیایی و دارویی که این پدیده به زراعت مولکولی یا Molecular farming معروف می باشد)

15-      تولید  پلاستیک قابل تجزیه زیستی  (Biodegradable plastic )

16-      استفاده‌ از آنزيم‌ها در توليد مواد شيرين‌ كننده‌ توليدات‌ غذايي‌ انسان‌

17-      كنترل‌ و دفع‌ آفات‌ گياهي‌ و تهيه‌ انواع‌ كودهاي‌ زيستي‌ وحشره‌كش‌هاي‌ ميكروبي‌

18-      اصلاح‌ ژنتيك‌ بذر و دانه‌هاي‌ روغني‌

19-      كاهش‌ اثرات‌ مخرب‌ كشاورزي‌ بر محيط خاك‌

20-      غني‌سازي‌ خاك‌ و حاصلخيز كردن‌ آن‌ با استٿاده‌ از ميكروارگانيسم‌هاي‌ تثبيت‌ كننده‌ ازت‌ و قارچ‌ ميكوريزا

21-      استٿاده‌ از ايجاد مصونيت‌ برخي‌ مواد شيميايي‌ گياهان‌ در برابر امراض‌مزمن‌ انساني‌

22-      تهيه‌ نوعي‌ آلبومين‌ انساني‌ در گياهان‌ با دستكاري‌هاي‌ ژنتيكي‌

23-      استفاده‌ از هورمون‌هاي‌ رشد در دام‌ها

24-      تلقيح‌ مصنوعي‌ دام‌ها و بهره ‌گيري‌ از صفات‌ برتر ژنتيكي‌ در روش هاي‌انتقال‌ جنين‌

25-      كاربرد در صنايع‌ غذايي‌ تبديلي‌ و كاهش‌ هزينه‌هاي‌ توليد موادغذايي‌

26-      تهيه‌ و توليد واكسن‌هاي‌ مفيد و جديد براي‌ پيشگيري‌ از عفونت‌هاي ‌مرگ‌آور در دام‌ها و طيور

 
آینده :

      کمتر شکی در مورد مدرن بودن بیوتکنولوژی وجود دارد . بدون شک این فن آوری یک مد زود گذر نیست. انتظارات ایجاد شده برای توسعه تجاری مقاومت به علف کش ها و حشرات ، آینده درخشانی را برای بیوتکنولوژی کشاورزی خاطرنشان می نماید.با توجه به شواهد اولیه ای که در مورد استفاده از انتقال ژن های جدید به منظور ایجاد لاین های گیاهی سودمند برای تولید مواد شیمیایی ، از مواد دارویی گرفته تا پلاستیک های قابل تجزیه زیستی وجود دارد ،  چشم انداز آینده این تکنولوژی نیز امیدوار کننده است.بیوتکنولوژی کشاورزی در مسیر خود از شروع به کار بیوتکنولوژی تا تولید مزرعه ای محصولات تجاری  با موانع متعددی از محدودیت های علمی و تکنولوژیکی  تا مشکلات قانونی و مدیریتی ، عوامل اقتصادی و نگرانی های اجتماعی روبرو می باشد. فرضیه محافظه کارانه قوانین در اکثر کشور ها این است که تمام گیاهان تراریخت بطور بالقوه خطرناک هستند.خطرات احتمالی  مرتبط با ژن منتقل شده ویا فنوتیپ ایجاد شده است نه روش های مورد استفاده برای انتقال ژن. تا کنون گزارشی در مورد اثرات مضر محیطی و یا دیگر خطرات پیش بینی نشده گیاهان تراریخت در هزاران آزمایش مزرعه ای صورت گرفته در عرصه بین المللی ارائه نگردیده است ، با این حال نگرانی های متعددی در رابطه  با سیستم های کشاورزی ایجاد شده است. اکنون عکس العمل مصرف کننده به محصولات گیاهی تراریخت با آزادسازی تجاری واریته های پیشرفته در سطح تجاری سنجیده شده است. این آزاد سازی با افزایش انتشار اطلاعات در مورد گیاهان تراریخت به شکل قابل دسترس برای عموم ، همزمان گردیده است. با این حال همچنان که محدودیت های تکنیکی برداشته می شوند ، این احتمال وجود دارد که محدودیت های تجاری به اصلی ترین موانع تبدیل گردند. تکنولوژی های جدید که در این عرصه خلق می گردند کاملا اختراعی بوده و واجد شرایط احراز حق حفاظت انحصاری و ملاحظه حقوق مالکیت معنوی می باشند.

منابع :

-  اصفهانی ، کسری . 1383 . وبلاگ بیوتکنولوژی .

- بی نام . 1382 . محیط زیست ، زیست ایمنی و مسایل مرتبط با مهندسی ژنتیک . روزنامه همشهری (سایت اینتر نتی  روزنامه همشهری ) .شماره 3178 .

- حجاران ، احمد . 1377 . بیوتکنولوژی کشاورزی ،  راهبرد هایی در جهت بهبود رقابت . نشر آموزش کشاورزی .

- خداوردی ، رسول . 1382 . بیوتکنولوژی ، فن آوری استراتژیک در کشاورزی نوین . پیام جهاد کشاورزی ( خرداد 1382 ) . پایگاه اطلاع رسانی روابط عمومی وزارت جهاد کشاورزی .

- ذاکری ، حسین . ، علی رضا ، موسوی  و نادر نوروزی . 1380 . فرهنگ بیوتکنولوژی کشاورزی و علوم وابسته . انتشارات دانشگاه ایلام .

- فارسی ، محمد و جعفر . ، ذوالعلی . 1382 . اصول بیوتکنولوژی گیاهی ( ترجمه ) . انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد .

-هاشمی  ،  مسعودی . 1380 .فرهنگ کشاورزی و منابع طبیعی . انتشارات ٿرهنگ جامع .

- یزدی صمدی ، بهمن و همکاران . 1377 . ٿرهنگ کشاورزی و منابع طبیعی  ( جلد اول ) . فرهنگستان جمهوری اسلامی ایران .

 - Anonymous . 2001 . Biology ( MPB Basic Facts Series ) . MPB Publications India Limited . Delhi. 

- Anonymous . 2001 . Botany ( MPB Basic Facts Series )  . MPB Publications India Limited . Delh