هسته‌ای در کشاورزی 6| «پرتودهی هسته‌ای» جایگزینی امن برای فناوری ناایمن «تراریخت»
در جهانی که کشاورزی با بحران‌های فزاینده اقلیمی مانند خشکسالی، شوری و گرمای شدید دست‌به‌گریبان است، فناوری پرتودهی هسته‌ای از طریق القای جهش‌های ژنتیکی هدفمند، فرصتی برای افزایش مقاومت گیاهان و تضمین امنیت غذایی جهانی فراهم کرده است.
به گزارش خبرنگار اقتصادی خبرگزاری تسنیم؛ چالش‌های اقلیمی و افزایش فرکانس تنش‌های محیطی چون خشکسالی، دمای بالا و شوری خاک، کشاورزی جهان را در وضعیتی شکننده قرار داده است. این عوامل، که تحت عنوان «تنش‌های غیرزیستی» شناخته می‌شوند، سالانه میلیاردها دلار خسارت به تولید جهانی محصولات زراعی وارد می‌کنند و تهدیدی جدی برای امنیت غذایی محسوب می‌شوند.
راهکارهای سنتی مقابله با این بحران‌ها، نظیر افزایش مصرف آب یا استفاده از نهاده‌های شیمیایی، از جهت عملکردی ناکارآمد، و از منظر زیست‌محیطی مخرب نیز هستند. در چنین شرایطی، استفاده از فناوری‌های نوین برای تولید ارقام مقاوم به تنش‌های غیرزیستی، ضرورتی راهبردی و غیرقابل‌چشم‌پوشی است.
یکی از مؤثرترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین فناوری‌ها در این زمینه، بهره‌گیری از پرتودهی هسته‌ای برای ایجاد جهش‌های ژنتیکی هدفمند در گیاهان است؛ روشی که تحت عنوان «به‌نژادی جهشی»(Mutation Breeding) شناخته می‌شود. در این روش، بذر گیاهان در معرض دوزهای خاصی از اشعه‌های یونیزان مانند گاما قرار می‌گیرند تا تغییراتی در ساختار ژنتیکی آن‌ها ایجاد شود. سپس از میان گیاهان حاصل، آن‌هایی که دارای صفات مطلوب از جمله مقاومت به خشکی یا شوری هستند، انتخاب و تکثیر می‌شوند.
تجربه کشورهایی چون چین، هند، فیلیپین و ایران در این زمینه نشان می‌دهد که به‌نژادی جهشی می‌تواند با هزینه‌ای بسیار پایین‌تر از روش‌های مهندسی ژنتیک مانند کریسپر، به تولید ارقام مقاوم و سازگار با اقلیم‌های سخت منجر شود. همچنین، از آن‌جایی که این روش بدون وارد کردن ژن خارجی انجام می‌شود، از نظر قانونی و اجتماعی نیز مقبولیت بیشتری دارد.
در این نوشتار، به بررسی نقش پرتودهی در افزایش مقاومت گیاهان به تنش‌های غیرزیستی خواهیم پرداخت. ضمن تبیین مبانی علمی این روش، نمونه‌های موفق از کشورهای مختلف را مرور کرده و ظرفیت‌های توسعه این فناوری در ایران را تحلیل خواهیم کرد.
بیشتر بخوانید
«به‌نژادی جهشی» و تولید ارقام مقاوم پایش کیفیت و آلودگی آب‌های زیرزمینیبخش اول: ماهیت تنش‌های غیرزیستی و ضرورت مقابله ژنتیکی
تنش‌های غیرزیستی شامل عواملی چون کمبود آب، دمای بالا، شوری خاک، یخ‌زدگی، غرقاب، کمبود مواد مغذی، و نور شدید یا کم است. در بسیاری از نقاط جهان، به‌ویژه مناطق خشک و نیمه‌خشک نظیر خاورمیانه، این تنش‌ها مهم‌ترین عوامل محدودکننده تولید پایدار کشاورزی هستند. تأثیرات این تنش‌ها بر گیاهان به‌شدت پیچیده و وابسته به نوع گونه، مرحله فنولوژیک، شدت و مدت زمان تنش است.
خشکسالی، شایع‌ترین تنش غیرزیستی، باعث بسته شدن روزنه‌ها، کاهش فتوسنتز، توقف رشد و در نهایت کاهش عملکرد می‌شود. شوری خاک از طریق تجمع نمک‌ها در ناحیه ریشه و برهم‌زدن تعادل یونی، گیاه را به‌مرور وارد فاز پژمردگی و نکروز می‌کند. دمای بالا نیز با مختل کردن فرآیندهای آنزیمی و تجزیه پروتئین‌ها، راندمان تولید گیاه را کاهش می‌دهد.
در چنین شرایطی، استراتژی اصلاح ژنتیکی برای تولید گیاهانی با کارایی استفاده از آب بالاتر، توانایی حفظ فتوسنتز در دمای بالا، و تحمل یون‌های نمکی، رویکردی ضروری تلقی می‌شود. اما روش‌های کلاسیک اصلاح نباتات برای ایجاد چنین صفاتی غالباً بسیار زمان‌بر و محدود به تنوع ژنتیکی موجود در بانک‌های ژن هستند.
بخش دوم: سازوکار به‌نژادی جهشی و نقش پرتودهی
به‌نژادی جهشی، فرآیندی است که در آن با بهره‌گیری از عامل جهش‌زا (معمولاً اشعه یونیزان)، تغییراتی در DNA گیاه ایجاد می‌شود. پرتودهی با دوز مناسب می‌تواند باعث بروز جهش‌های نقطه‌ای، حذف یا اضافه شدن بازهای نوکلئوتیدی، یا حتی بازآرایی‌های ژنی شود؛ تغییراتی که در برخی موارد به بهبود صفات زراعی منجر می‌شوند.
پرتودهی معمولاً با استفاده از اشعه گاما (تولید شده توسط کبالت -60)، پرتوی ایکس یا الکترون انجام می‌شود. در مراکز تحقیقاتی مانند آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، برای هر گونه گیاهی منحنی بقا و منحنی جهش تعریف می‌شود تا بتوان بهترین دوز پرتودهی را مشخص کرد؛ دوزی که در آن میزان بقا قابل قبول و میزان جهش مطلوب است.
پس از پرتودهی، بذرها کشت شده و جمعیت‌های M1،M2 و به بعد ایجاد می‌شوند. در این مراحل، غربالگری گیاهان برای یافتن صفات مطلوب صورت می‌گیرد. به‌عنوان مثال، در شرایط تنش شوری، گیاهانی که رشد مناسبی دارند، انتخاب می‌شوند. این فرآیند، با روش‌هایی مانند فنوتایپ‌برداری، سنجش کلروفیل، تحلیل بیان ژن، و آزمون‌های عملکرد ادامه می‌یابد.
مزیت مهم این روش، عدم وارد کردن ژن بیگانه است؛ یعنی جهش‌ها بر پایه مواد ژنتیکی بومی ایجاد می‌شوند. این امر پذیرش اجتماعی را افزایش می‌دهد، و در بسیاری از کشورها قوانین محدودکننده مربوط به GMO را دور می‌زند.
در بخش سوم، به مطالعات موردی از کشورهایی چون چین، هند و ایران خواهیم پرداخت که این فناوری را در اصلاح گیاهان مقاوم به خشکی، شوری و گرما به کار بسته‌اند.
بخش سوم: مطالعات موردی از چین، هند و ایران
1. چین: اصلاح برنج مقاوم به شوری و خشکی
چین به عنوان یکی از پیشروترین کشورهای آسیایی در زمینه به‌نژادی جهشی، پروژه‌های متعددی را با استفاده از پرتودهی برای بهبود مقاومت گیاهان به تنش‌های غیرزیستی اجرا کرده است. یکی از موفق‌ترین نمونه‌ها مربوط به برنج است؛ گیاهی که ضمن نقش اساسی در تأمین امنیت غذایی چین، به شوری و خشکی حساسیت زیادی دارد.
با حمایت مؤسسه تحقیقات برنج چین و همکاری با آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، بذرهای برنج در معرض پرتودهی گاما قرار گرفتند. از میان هزاران نمونه، ارقامی با توانایی رشد در خاک‌های شور و با کارایی استفاده از آب بالا انتخاب شدند. رقم "Zhefu 802" یکی از نتایج این برنامه بود که عملکرد بالایی در نواحی ساحلی شور جنوب چین از خود نشان داد و در بیش از 200 هزار هکتار زیر کشت رفت.
موفقیت چین در استفاده از پرتودهی برای اصلاح برنج، الهام‌بخش بسیاری از کشورهای آسیایی شده و مسیر قانونی برای توسعه غیرتراریخت ارقام مقاوم را هموار کرده است.
2. هند: دال مقاوم به خشکی در ایالت‌های مرکزی
هند نیز از دهه 1960 به طور گسترده‌ای در برنامه‌های پرتودهی مشارکت داشته است. مؤسسه BARC (Bhabha Atomic Research Centre) یکی از مراکز اصلی توسعه ارقام جهشی است. یکی از پروژه‌های برجسته آن‌ها، اصلاح دال (Pigeon Pea) مقاوم به خشکی بود؛ که محصولی استراتژیک در تغذیه و کشاورزی خشک‌زی هند به شمار می‌آید.
در این پروژه، بذرها در معرض پرتوی گاما با دوزهای مختلف قرار گرفتند و پس از غربالگری چند ساله، رقمی به نام "TT5" با رشد بالا در شرایط کم‌آبی توسعه یافت. این رقم به‌ویژه در ایالت‌های ماهاراشترا و مادیا پرادش کشت شد و بهره‌وری زارعین خرد را به‌طور معناداری افزایش داد.
موفقیت این پروژه به دلیل ساختار کم‌هزینه، پذیرش بومی و توانایی رقابت با ارقام اصلاح‌شده ژنتیکی، الگوی مناسبی برای دیگر کشورهای در حال توسعه محسوب می‌شود.
3. ایران: گندم و جو مقاوم به خشکی و شوری
در ایران، همکاری پژوهشکده علوم و تکنولوژی هسته‌ای با مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، منجر به اجرای چندین پروژه به‌نژادی جهشی برای گندم و جو شده است. این پروژه‌ها عمدتاً در نواحی خشک استان‌هایی چون کرمان، خوزستان و فارس پیگیری شده‌اند.
در یک نمونه موفق، ارقام جهشی گندم با مقاومت بالا به خشکی در مناطق دیم‌زار جنوب کشور توسعه یافت. آزمایش‌ها نشان دادند که این ارقام می‌توانند تا 40درصد نسبت به ارقام رایج عملکرد بیشتری در شرایط کم‌آبی داشته باشند. همچنین، ارقام جوی جهش‌یافته، مقاومت خوبی در برابر شوری خاک و گرمای تابستان نشان دادند.
این دستاوردها نشان دادند که با استفاده از پرتودهی هدفمند و غربالگری دقیق، می‌توان بدون وارد کردن ژن بیگانه، به ارقامی با صفات بهبود یافته و قابل‌کشت در اقلیم‌های چالش‌برانگیز ایران دست یافت.
بخش چهارم: تحلیل اقتصادی، زیرساختی و سیاستی فناوری پرتودهی در ایران
1. چارچوب اقتصادی راه‌اندازی مراکز پرتودهی
ایجاد مراکز پرتودهی کشاورزی به‌عنوان بخشی از زنجیره تأمین اصلاح نباتات و فرآوری مواد غذایی، نیازمند تحلیل دقیقی از هزینه‌ها، بازدهی و افق سرمایه‌گذاری است. هزینه اولیه برای ساخت مرکز پرتودهی با ظرفیت متوسط، بسته به نوع منبع پرتودهنده (کبالت -60، شتاب‌دهنده الکترونی یا پرتوی ایکس)، بین 3 تا 6 میلیون دلار تخمین زده می‌شود. این رقم شامل ساختار فیزیکی، شیلدینگ، تجهیزات پرتودهی، سامانه‌های ایمنی، آزمایشگاه کنترل کیفیت و آموزش نیروی انسانی است.
در مطالعات انجام‌شده توسط IAEA در کشورهای جنوب شرق آسیا، بازگشت سرمایه برای چنین مراکزی در صورت بهره‌برداری صادرات‌محور، بین 4 تا 7 سال برآورد شده است. درآمد پایدار از پرتودهی بذر، مواد غذایی، و میوه‌های صادراتی، می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را به‌خوبی پوشش دهد.
2. فرصت‌های صادراتی برای ایران
یکی از ظرفیت‌های مغفول در ایران، نقش مراکز پرتودهی در تسهیل صادرات محصولات کشاورزی تازه مانند خرما، پسته، زعفران، سبزیجات و سیب‌زمینی است. بازارهایی مانند روسیه، کشورهای حوزه خلیج فارس، آسیای میانه و جنوب شرق آسیا، به شدت به محصولات ایمن و عاری از آفات نیاز دارند. پرتودهی هم ایمنی را افزایش می‌دهد، و هم امکان حذف تیمارهای شیمیایی پس از برداشت (نظیر متیل بروماید) را نیز فراهم می‌کند که در بسیاری از کشورها ممنوع شده‌اند.
در صورت راه‌اندازی مراکز پرتودهی در قطب‌های کشاورزی صادراتی کشور، ایران قادر خواهد بود سالانه صدها هزار تن محصول را با کیفیت بالا و بدون مشکل قرنطینه به بازار جهانی عرضه کند.
3. زیرساخت‌ها و ظرفیت‌های موجود در ایران
در حال حاضر، پژوهشکده علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، مؤسسه تحقیقات اصلاح بذر و برخی دانشگاه‌ها، به تجهیزات پایه پرتودهی و آزمایشگاه‌های ژنتیک مجهز هستند. همچنین، چند مرکز پرتودهی در استان‌های مرکزی، فارس، البرز و خراسان وجود دارد که می‌توان با سرمایه‌گذاری هدفمند، آن‌ها را به مراکز تخصصی اصلاح نباتات و افزایش ایمنی غذایی تبدیل کرد.
با توجه به دسترسی ایران به منابع کبالت -60 از روسیه و چین، و تجربه نیروهای فنی کشور در زمینه شتاب‌دهنده‌های الکترونی، از منظر فنی محدودیتی جدی برای توسعه این مراکز وجود ندارد.
4. پیشنهادهای سیاستی
- تدوین برنامه ملی به‌نژادی جهشی با همکاری وزارت جهاد کشاورزی و سازمان انرژی اتمی
- سرمایه‌گذاری مشترک دولت و بخش خصوصی برای ایجاد مراکز پرتودهی در قطب‌های کشاورزی
- اعطای معافیت مالیاتی برای شرکت‌های بهره‌بردار از این فناوری در زنجیره اصلاح و صادرات
- ایجاد دوره‌های تخصصی برای تربیت کارشناسان پرتودهی، ژنتیک مولکولی و غربالگری
- استفاده از تجارب کشورهای موفق مانند چین و هند برای مدلسازی برنامه‌های اصلاحی
- ارتقاء دیپلماسی فنی ایران برای گسترش صادرات مبتنی بر پرتودهی و کاهش موانع قرنطینه‌ای
جمع‌بندی
فناوری پرتودهی در کشاورزی، به‌ویژه در حوزه به‌نژادی جهشی، خود را به‌عنوان یکی از مؤثرترین ابزارهای نوین برای مقابله با تنش‌های غیرزیستی اثبات کرده است. در جهانی که کشاورزی با تهدیدات فزاینده اقلیمی مواجه است، این فناوری امکان ایجاد ارقام گیاهی مقاوم به خشکی، شوری، گرما و سایر تنش‌ها را فراهم می‌آورد؛ آن هم با هزینه‌ای به‌مراتب پایین‌تر و پیچیدگی‌های اجتماعی و قانونی کمتر نسبت به روش‌های تراریخته یا ویرایش ژنی. کشورهای موفقی چون چین، هند و ویتنام با تکیه بر این فناوری، نه‌تنها بهره‌وری داخلی خود را افزایش داده‌اند، بلکه موقعیت رقابتی خود در بازارهای جهانی را ارتقاء داده‌اند.
ایران با اقلیم خشک و نیمه‌خشک، فشار روزافزون بر منابع آب، و حضور در بازارهای صادراتی پرچالش، نیاز مبرمی به تنوع ژنتیکی هدفمند و ارتقاء کیفیت محصولات دارد. تجربه بومی در اصلاح جهشی گندم و جو، زیرساخت‌های فنی قابل قبول در حوزه پرتودهی، و ظرفیت‌های صادراتی محصولات خاص مانند خرما، زعفران و سبزیجات، مؤلفه‌هایی هستند که مسیر استفاده گسترده‌تر از این فناوری را هموار می‌کنند.
با این حال، چالش‌هایی نظیر فقدان برنامه ملی جامع، کمبود بودجه تحقیقاتی، ضعف در آموزش تخصصی، و نبود سیاست‌های تشویقی جدی، از سرعت توسعه این فناوری کاسته‌اند. برای عبور از این وضعیت، نیازمند تدوین استراتژی ملی با مشارکت بخش خصوصی، حمایت مؤثر دولت، و تسهیل‌گری نهادهای تنظیم‌گر هستیم. ایران می‌تواند از تجارب ساختاریافته کشورهایی چون چین در راه‌اندازی مراکز منطقه‌ای پرتودهی بهره گیرد؛ مراکزی که بذرهای اصلاح‌شده تولید می‌کنند، و حلقه‌ای کلیدی در زنجیره ارزش صادرات محصولات کشاورزی خواهند بود.
پرتودهی هسته‌ای، تنها یک فناوری نیست؛ بلکه ابزاری برای تاب‌آوری کشاورزی در برابر بحران‌های قرن بیست‌ویکم است. با نگاهی آینده‌نگرانه، و سیاست‌گذاری هوشمندانه، ایران می‌تواند جایگاه خود را در زمره کشورهای پیشرو این حوزه تثبیت کند و کشاورزی خود را به‌سوی امنیت غذایی پایدار، اقتصادی مقاوم و صادرات مبتنی بر فناوری هدایت نماید.