آفات و بیماری هادیدگاهمیکروبیوم محیط

کاربرد میکروبیوم برای بهبود محصولات کشاورزی

امروزه مصرف محصولات کشاورزی و تقاضای جهانی آن با سرعتی زیاد در حال افزایش است. مطابق گزارش جهانیِ بهره‌وری کشاورزی در سال 2019، برای تولید پایدار مواد غذایی، خوراک و انرژی‌های زیستی برای 10 میلیارد نفر در سال 2050 باید تولید جهانی به طور متوسط سالانه 1.73 درصد افزایش یابد. با این حال، در ایالات متحده، سازمان بهره‌وری کشاورزی در تلاش است تا با رشد جمعیت همگام باشد، و اهمیت تحقیق در روش‌های سنتی و جدید را برجسته می‌کند. در این راستا برای افزایش عملکرد محصول، دانشمندان مؤسسه پاتوژن و میکروبیوم دانشگاه آریزونا شمالی (PMI) با محققان دانشگاه پردو برای مطالعه جوامع باکتریایی و قارچی موجود در خاک همکاری می‌کنند تا درک کنند که میکروبیوم‌ چه تأثیری بر محصولات کشاورزی دارد. آن‌ها معتقدند پیشرفت‌های فناوری در علم میکروبیوم در نهایت به کشاورزان در سراسر جهان کمک می کند تا با هزینه کمتری مواد غذایی بیشتری تولید کنند.


استادیار تحقیقات مؤسسه پاتوژن دانشگاه آریزونا، Nicholas Bokulich و Greg Caporaso استادیار علوم زیستی و مدیر مرکز PMI برای علوم کاربرد میکروبیوم (CAMS)، در حال آزمایش یک باور طولانی مدت در زمینه کشاورزی در ارتباط با فیلوژنتیک میکروب‌های خاک و همچنین ارتباطی که با تناوب زراعی دارد بودند. فیلوژنی از فواصل تکاملی و یا روابط تکاملی موجودات زنده، به منظور طبقه بندی ارگانیسم‌ها بهره می‌برد.  رشد یک گونه  گیاهی در یک مکان برای چند سال به طور پی در پی می‌تواند ضررهایی را به دنبال داشته باشد. چون این کار گیاهان را به هدف مناسبی برای حمله آفت‌ها و بیماری‌ها تبدیل می‌کند. برای همین  باید به طور متناوب در خاکِ مورد استفاده برای کشت محصولات، از گونه‌های مختلفی برای پرورش در دوره‌های زمانی مشخص استفاده کنند.

این تیم اخیراً یافته‌های خود را در این برنامه‌های تکاملی در مورد تحقیقات میکروبیوم در تولید مواد غذایی کشاورزی  منتشر کرده است.

به طور خاص، رویکرد سنتی تناوب محصولات زراعی در طی سال‌های مختلف برای به حداکثر رساندن عملکرد گیاه استفاده شده است. در ارتباط با این روش سنتی یک فرضیه وجود دارد که ممکن است مفید باشد و اعتقاد آن بر این است که اگر در سال‌های مجاور محصولات زراعی که از یک خانوده هستند را پرورش دهید، احتمال بیشتری وجود دارد که عوامل بیماری‌زا در سال دوم در انتظار میزبان خود باشند. بنابراین عوامل بیماری‌زای گیاهی مخصوص یک میزبان منفرد یا میزبان‌های بسیار نزدیک به هم است. Greg Caporaso در این رابطه گفته است: “اما این فرضیه به طور مستقیم آزمایش نشده است.”

طرح آزمایش این تیم که توسط یک کمک هزینه از مؤسسه ملی غذا و کشاورزی امریکا (USDA) حمایت می‌شوند،  به صورت رشد محصولات در فضای باز در دو سال طراحی شده است. در سال اول، Kathryn Ingerslew و Ian Kaplan، که از محققان دانشگاه پردو هستند، 36 محصول زراعی و کشاورزی را پرورش دادند که در واگرایی تکاملی از گوجه فرنگی متفاوت بودند. در این تحقیق از محصولاتی همانند گوجه فرنگی، بادمجان و فلفل دلمه‌ای (همان خانواده گوجه فرنگی، اما در جنس و گونه‌های مختلف) و همچنین ذرت، گندم و سایر محصولاتی که از گونه‌های بسیار دورتر نسبت به گوجه فرنگی هستند، برای آزمایش خود استفاده کردند.

در سال دوم، محققان فقط گوجه فرنگی را در همه قطعه‌ها پرورش دادند. آن‌ها دریافتند که در قطعه‌هایی که در سال اول گوجه فرنگی کشت می‌شود، عملکرد گوجه فرنگی سال دوم نسبت به سال اول کمتر از حد انتظار بود. با این حال، کاهش قابل توجهی در عملکرد گوجه فرنگی در هر یک از نقطه‌های دیگر مشاهده نشده است. Caporaso گفت: “این نتیجه نشان می دهد که در حالی که تناوب زراعی برای محصول بسیار مهم است، اما ممکن است اثری فراتر از سطح گونه نداشته باشد. این نتیجه بسیار شگفت آور بود زیرا ایده‌ای که باید در تناوب‌های زراعی از گیاهان با گونه‌های نزدیک استفاده شود یک قاعده کلی است که در سراسر طیف از باغبانی در مقیاس کوچک گرفته تا کشاورزی در مقیاس بزرگ انجام می‌شود.”

قبل از کاشت در سال دوم، Caporaso و Bokulich از روش‌های تعیین توالی میکروبیوم برای تعیین ترکیب جوامع باکتری و قارچ در خاک استفاده کردند (اگرچه هر دو جوامع باکتریایی و قارچی خاک در میان گیاهان مختلف تفاوت معنی‌داری داشتند). در ارتباط با این موضوع Caporaso  اظهار داشت: “ما اکنون می‌توانیم نقش میکروب‌ها و ترکیب میکروبیوم‌ را در سیستم‌های کشاورزی در عمق و وضوح بسیار بیشتر از آن‌چه قبلاً ممکن بود بررسی کنیم. این فناوری‌ها بدون شک می‌توانند به ما در بهینه سازی سیستم‌های کشاورزی برای غنی سازی مداوم خاک، در طول زمان کمک کنند. ما می‌توانیم یاد بگیریم که چگونه کشاورزان می‌توانند از پیشرفت‌های موجود در علم میکروبیوم به نفع خود استفاده کنند. من معتقدم که این امر می‌تواند به کاهش هزینه‌های کود و همچنین صرفه‌جویی در مصرف آب به آن‌ها کمک کند و باعث ایجاد مقاومت و امنیت غذایی در جوامع ما شود. هدف بلند مدت ما در جهت این تحقیق، همکاری با کشاورزان دارای محصولات ارگانیک است که در حال انجام تکنیک‌های احیا کننده کشاورزی سنتی هستند.”

انجام برنامه vermicomposting برای ردیابی میکروبیوم زباله‌های غذایی

در یک پروژه مرتبط با بودجه سبز (NAU)، محقق و دانشجوی کارشناسی ارشد محیط زیست -Christina Osterink- قصد دارد با استفاده از آزمایشگاه Caporaso، که از طریق مهندسی نرم افزار برای پشتیبانی از تحقیقات میکروبیوم متمرکز است، نمونه‌ای از یک برنامه کمپوست سازی را در محل کار ارائه دهد. پروژه وی شامل کار با حدود 10 دفتر در محوطه دانشگاه برای جمع آوری مواد غذایی و تحویل آن‌ها به Roots Micro Farm مستقر در مرکز شهر Flagstaff خواهد بود.

در این پژوهش در حالی که زباله‌های مواد غذایی را از محل دفن زباله به یک مزرعه شهری هدایت می‌کنند، Osterink و تیم وی نیز میکروبیوم زباله‌های غذایی جمع آوری شده را از طریق برنامه ورمی‌کمپوستینگ  و تبدیل آن‌ها به خاک با کیفیت بالا پیگیری می‌کنند. Caporaso امیدوار است که یافته‌های تحقیق Osterink برای بهینه سازی سیستم‌های کمپوست و کاهش هزینه‌های کشاورزان قابل استفاده باشد و بیان کرده است که این پژوهش کمک می‌کند تا درک دقیق‌تری از نقش میکروب‌ها در فرآیند کمپوست ایجاد کنیم، زیرا تلاش‌هایی را از سراسر دانشگاه و همچنین از کشاورزان محلی برای بهبود پایداری و یکپارچگی خاک انجام داده و اطلاعاتی را به‌دست می‌آوریم.

جهت جدیدی برای CAMS با استفاده از تحقیقات میکروبیوم در علم کشاورزی

در ادامه این پژوهش Caporaso خاطر نشان می‌کند که پروژه vermicomposting نشان دهنده جهتی جدید از تحقیقات در آزمایشگاه وی است. همچنین گفت: “بیشتر کار ما در CAMS مربوط به سلامت انسان است. اما حداقل فرصت‌های زیادی برای استفاده از تحقیقات میکروبیوم در سایر زمینه‌ها مانند علوم کشاورزی وجود دارد.”

توسط
Northern Arizona University
منبع
Evolutionary Applications
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن