جنگل‌ها، سرمایه‌های ملی هر کشور محسوب می‌شوند که حفاظت و استفادة صحیح از آنها، علاوه بر ثروت‌آفرینی، بقای محیط‌زیست را نیز تضمین می‌نماید. در مطلب زیر، راهکارهای بیوتکنولوژی جهت حفظ و استفادة مناسب از این سرمایه‌های ملی، ذکر گردیده است:

مقدمه

حدود 30 درصد از سطح کرة زمین به‌وسیلة جنگل‌ها پوشیده شده است که 25 درصد از آن در قارة اروپا و فدراسیون روسیه و بقیه در سایر نقاط جهان قرار دارند (کل مساحت جنگل‌های دنیا تقریبا 9/3 میلیارد هکتار است). جنگل‌ها و مراتع از حیث تأمین مواد غذایی جامعه، مصنوعات چوبی، محصولات کاغذی، تأمین تعداد زیادی از مایحتاج عمومی جامعه، جلوگیری از فرسایش و از

بین رفتن خاک و حفظ آب و نزولات آسمانی، نقش مهمی را در اکوسیستم‌های طبیعی ایفا می‌نمایند. بنابراین تلاش برای جلوگیری از نابودی این منابع برای حفظ حیات انسان و همچنین کسب درآمد از این منابع طبیعی، از اهمیت حیاتی برخوردار است.

به‌کارگیری بیوتکنولوژی جهت حفظ و استفادة بهینه از جنگل‌ها

به‌طور کلی، بیوتکنولوژی از طرق زیر می‌تواند در زمینة حفظ و بهره‌برداری بهینه از جنگل‌ها و مراتع مفید واقع شود:

1- کشت سلول و بافت

با استفاده از روش‌های کشت بافت می‌توان گونه‌های درختان جنگلی در معرض انقراض را که در شرایط طبیعی قادر به تکثیر نیستند، از نابودی نجات داد. برای حفظ این گونه‌ها،‌ بیوتکنولوژی با هدف تکثیر انبوه در شرایط کنترل شدة آزمایشگاه و سپس کشت آنها در عرصه‌های طبیعی، نقش حیاتی در حفظ گونه‌های جنگلی در حال زوال ایفا می‌کند. در حال حاضر در شمال کشور گونه‌هایی مانند نارون، هزار، زبان‌گنجشک و نیز گونه‌هایی از درختان جنگل‌های زاگرس با این مشکل مواجه هستند که برای جلوگیری از انقراض آنها می‌توان از روش‌های بیوتکنولوژی استفاده کرد.

یکی دیگر از موارد استفاده از تکنیک کشت بافت در بخش جنگل، کوتاه کردن دوره تجدید نسل درختان جنگلی و همچنین کوتاه کردن زمان مورد نیاز برای دستیابی به پایداری فنوتیپی در درختان جنگلی می‌باشد.

2- نشانگرهای مولکولی

2-1- شناسایی سریع و به موقع ژنوتیپ‌ها

در بررسی گونه‌ها و ژنوتیپ‌ها در برنامه‌های اصلاحی درختان جنگلی و غیرجنگلی، شناسایی و تمایز سریع بین مواد تحت بررسی، مدت زمان لازم برای انتخاب و اصلاح این گونه‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش داده و موجب تسریع فرآیند اصلاح می‌شود. بررسی ضایعات و خصوصیات درختان جنگلی با نشانگرهای فنوتیپی به ده‌ها سال وقت نیاز است که این باعث کندی کار می‌شود و زمان دستیابی به نتایج را طولانی می‌کند. کاربرد روش‌های بیوتکنولوژی، به‌ویژه نشانگرهای مولکولی مانند RFLP و AFLP، راه‌حل مناسبی برای تسریع اصلاح گونه‌های جنگلی و کاهش مدت زمان بررسی نتایج حاصل از کارهای اصلاحی است. کاربرد روش‌های مولکولی، امکان شناسایی و ارزیابی در اولین مراحل رشد گیاه را فراهم می‌کند و زمان لازم برای رسیدن به اطلاعات مورد نیاز را به حداقل می‌رساند.

2-2- انتخاب بر اساس نشانگر به‌منظور بهبود کمی و کیفی فرآورده‌های جنگلی

مهمترین عواملی که انجام برنامه‌های اصلاح درختان جنگلی را به شیوة سنتی محدود می‌سازد عبارتند از:

الف) زمان بر بودن (طولانی بودن نسل‌ها در گیاهان جنگلی)

ب) نبود دانش کافی در مورد روابط بین ساختارهای ژنوتیپی و فنوتیپی درختان در یک زمان واحد

ج) وجود مشکلات زیاد در کنترل فرآیند انتخاب در مورد گیاهانی با گرده‌افشانی باز.

باید توجه داشت که نمی‌توان بر اساس خصوصیات ظاهری در مراحل اولیه رشد درختان، خصوصیات درختان بالغ را پیش‌بینی کرد و بنابراین ارزیابی کامل به روشی سنتی به زمان زیادی نیاز است.

2-3- کاربرد نشانگرها در استفادة صنعتی از جنگل‌ها

سرعت رشد و فرم درخت در جنگل‌های صنعتی، تعیین‌کننده ارزش و بازده اقتصادی آن است. اصلاح و تولید درختان با سرعت رشد زیاد و فرم متناسب، به‌منظور استفادة بهینه از منابع جنگلی، از اولویت خاصی برخوردار است و موجب افزایش بازده اقتصادی جنگل‌های موجود خواهد بود. افزایش بهره‌وری از جنگل و به خصوص افزایش کیفیت چوب و الوار از موارد مهم در مدیریت جنگل محسوب می‌شود. در این زمینه، برنامه‌های وسیعی در نقاط مختلف دنیا و به‌خصوص در سطح اروپا با استفاده از برنامه‌های اصلاح کلاسیک و انتخاب به کمک نشانگر در جریان است. برخلاف بسیاری از گیاهان زراعی، تاریخچة انتخاب و اصلاح گونه‌های درختان جنگلی نسبتاً کوتاه است (بزرگترین برنامه اصلاحی سیستماتیکی که تاکنون صورت گرفته بروی گونه‌هایی از اکالیپتوس و کاج بوده است)؛ بنابراین برای تسریع چرخة اصلاح این درختان، ابزارهای بیوتکنولوژی و از جمله نشانگرهای مولکولی، می‌توانند راه‌گشا باشند و فرآیند شناسایی صفات کمی و کیفی مطلوب را شتاب بخشند.

2-4- سایر کاربردهای نشانگرها

از جمله کاربردهای دیگر نشانگرهای مولکولی در بخش جنگل موارد زیر است:

شناسایی کلون‌های برتر، شناسایی آلودگی جنگل‌ها، برآورد تنوع ژنتیکی به منظور استفاده از آن در استراتژی‌های نمونه‌گیری، حفاظت ژنتیکی و حفاظت از کلکسیون‌های جمعیت‌های اصلاحی. ارزش واقعی نشانگرها را می‌توان در به‌کارگیری آنها در تحقیقاتی دید که جهت فهم مکانیزم‌های پایة ژنتیکی و فیزیولوژیکی صورت می‌گیرند.هم‌اکنون تحقیقات هدفمندی در جهت شتاب‌دهی به توسعة استفاده و بکارگیری نشانگرهای مولکولی جهت غربال‌گری گونه‌های جنگلی در سطح دنیا در حال انجام است.

3- مهندسی ژنتیک

برخی از استراتژی‌های اصلاحی در درختان جنگلی، بر روی افزایش کمی صفاتی است که از قبل وجود داشته‌اند. در حالی که در برخی از استراتژی‌ها، هدف، وارد کردن صفاتی جدید به گیاه میزبان است. تکنیک‌های DNA نوترکیب در هر دو مورد می‌تواند مؤثر باشند. مهندسی ژنتیک می‌تواند جهت اصلاح درختان جنگلی در زمینه‌های مختلفی به‌کار ‌رود. برخی از این زمینه‌ها عبارتند از:

3-1- ایجاد گونه‌های جنگلی مقاوم به آفات و بیماری‌ها

یکی از روش‌های حفظ گونه‌های مهم جنگلی، حفاظت آنها از آفات و بیماری‌های شایع است. گفتنی است که تعدادی از گونه‌های مهم جنگلی که از اهمیت زیادی برخوردارند، در جنگل‌های صنعتی شمال کشور، در اثر حملة برخی از بیماری‌هایی که اپیدمی شده‌اند، رو به انقراض و نابودی هستند (از جمله بیماری مرگ درختان نارون). برای جلوگیری از زیان وارده و انقراض این گونه‌ها، اقدامات جدی باید به عمل آید. از طرفی، استفاده از سموم، موجب برهم خوردن تعادل زیست‌محیطی، صرف هزینه زیاد و مقاومت تدریجی آفات به سموم می‌شود و از نظر عملی نیز کاربرد سموم در چنین سطح گسترده‌ای امکان‌پذیر نیست. در این رابطه می‌توان از روش‌های مطمئن و بدون زیان‌های زیست‌محیطی مانند انتقال ژن‌های مقاوم به عوامل قارچی و باکتریایی بیماری‌زا، استفاده کرد. برای جلوگیری از زیان حشرات، می‌توان ژن‌هایی را که کدکننده یکسری مواد کشنده حشرات هستند به گیاه منتقل کرد و گیاه را در برابر حمله آفات، مقاوم ساخت. در این رابطه، انتقال ژن Bt به درختان جنگلی، معمول‌ترین شیوه‌ای است که تاکنون استفاده شده است.‌ برای مثال، در سال 1990، حدود 60 درصد از کل برنامه‌های کنترل آفات در آمریکای شمالی، به‌خصوص مبارزه با کرم جوانه (Budworm) و نوعی پروانه (Gypsy moth) با استفاده از باکتری Bt انجام شده است.

البته محدودیتی که در استفاده از Bt وجود دارد، این است که طیف عمل باکتری Bt بسیار باریک است، یعنی تنها بر گروهی از آفات تأثیرگذار است. همچنین نور آفتاب می‌تواند اسپور و سم این باکتری را غیرفعال کند. البته بیوتکنولوژی توانسته است با شناسایی و انتخاب باکتری‌های اصلاح شدة مؤثرتر و همچنین تکنولوژی DNA نوترکیب، نقش مهمی را در ایجاد مقاومت درختان جنگلی به آفات بازی نماید. آمارهای مربوط به کشور آمریکا نشان می‌دهد، سالانه یک میلیارد دلار بر اثر حمله حشرات و بیماری‌ها به جنگل‌های این کشور خسارت وارد می‌آید. اگر مطالعه‌ای جامع در مورد خسارت ناشی از آفات و بیماری در کشور صورت گیرد، مشخص می‌شود که رقم ضرر و زیان در کشور ما نیز بالا است. مثال‌های موفقی که در زمینة تولید درختان مقاوم به حشره در سطح دنیا وجود دارد عبارتند از: صنوبر، کاج و اکالیپتوس مقاوم به حشره.

3-2- ایجاد گونه‌های جنگلی مقاوم به تنش‌های غیر زنده(سرما، خشکی، شوری و غیره)

از جمله فاکتورهای محدودکنندة کشت گونه‌های جنگلی در برخی مناطق، وجود شرایط نامساعدی چون کمبود آب، شوری خاک و سرما است. روش‌های بیوتکنولوژی برای غلبه بر این محدودیت‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این زمینه، استراتژی‌های مختلفی وجود دارد که از آن جمله انتقال ژن‌های مقاومت در برابر تنش‌های محیطی به گونه‌های حساس است. برای مثال، انتقال ژن‌های القاپذیر در مقابل تنش کم‌آبی، گرما و سرما به گیاهان، برای تحمل شرایط کمبود آب و نیز تولید پایه‌های مقاوم به شوری که امکان استقرار گونه‌ها را در زمین‌های شور فراهم آورد. در ارتباط با عرصه‌های جنگلی کشور، کمبود آب و نزولات جوی،‌ به‌ویژه در جنگل‌های زاگرس، از عوامل عمدة کاهش رشد و استقرار گونه‌ها است. با توجه به گسترة وسیع این جنگل‌ها و اهمیت آنها از نظر اکولوژیکی و نیز حفظ خاک و نزولات آسمانی،‌ تحقیقات پیرامون حل مشکلات فراروی این جنگل‌ها، حایز اهمیت ملی است. در این رابطه تولید پایه‌های مقاوم در مقابل تنش‌های خشکی با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی،‌ اهمیت به‌سزایی در حفظ منابع طبیعی کشور دارد.

3-3- افزایش تولید چوب

بر اساس گزارش (FAO 2001-1999)، مصرف الوار صنعتی جهان در سال 2000، بین 6,1 تا 2,2 میلیارد متر مکعب بوده است. مصرف چوب، سالانه حدود 7,1 درصد رشد دارد و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2010 مصرف چوب حدود 20 درصد (9,1 میلیارد مترمکعب) بیش از زمان حال خواهد شد. در حال حاضر فرآورده‌های چوبی، یک صنعت 400 میلیارد دلاری را در سطح جهان به خود اختصاص داده است و حدود 3 میلیون نفر را در سراسر گیتی به‌کار گرفته است. بنابراین مشاهده می‌شود که با ورود مواد جایگزین چوب به بازارهای جهان، نه‌تنها چوب ارزش خود را از دست نداده است، بلکه میزان مصرف آن مرتباً در حال افزایش است. در این زمینه بیوتکنولوژی با تولید پایه‌های دارای رشد بیشتر و سریع‌تر و نیز چوب باکیفیت‌تر، می‌تواند نقش مهمی ایفا نماید. باید گفت که بهبود کیفی الیاف سلولزی گونه‌های جنگلی،‌ نیازهای صنایع کاغذسازی را نیز تامین کرده و نیاز جامعه را در این زمینه برطرف خواهد کرد که در قسمت بعدی مورد بحث قرار گرفته است.

3-4- بهبود کیفیت چوب مورد استفاده در صنعت کاغذسازی

کیفیت چوب، یکی از الزامات صنعت کاغذسازی است. در صنعت کاغذسازی، چوبی با کیفیت محسوب می‌شود که میزان سلولز آن زیاد و میزان لیگنین آن پایین باشد. در روش‌های سنتی، برای جداسازی لیگنین از چوب، از مواد شیمیایی استفاده می‌شود که گاهاً خطرناک و نیازمند صرف انرژی و هزینة زیاد است. بنابراین افزایش نسبت سلولز به لیگنین از طریق ژنتیکی، علاوه بر افزایش کیفیت چوب و همچنین افزایش رشد درختان، می‌تواند آلودگی‌های حاصل از کارخانجات کاغذسازی را کاهش دهد. در این زمینه، مهندسی ژنتیک از طریق راه‌کار آنتی‌سنز (Antisense) می‌تواند بیوسنتز لیگنین را اصلاح کرده و درصد آن را در چوب کاهش دهد و بنابراین هزینه‌های تولید خمیر کاغذ و به همان اندازه مصرف مواد شیمیایی و انرژی را در ساخت خمیر کاغذ کاهش دهد.

محدودیت‌های استفاده از مهندسی ژنتیک در بخش جنگل و افق‌های آینده

یکی از محدودیت‌های استفاده از مهندسی ژنتیک در بخش جنگل، نگرانی از فرار ژن‌های مهندسی‌شده، به درون جمعیت‌های وحشی است که احتمال می‌رود به مرور زمان، الگوی طبیعی جنگل را دچار تغییر کند. البته این نگرانی را می‌توان از طریق تولید درختان مهندسی‌شدة عقیم، تا حدود زیادی مرتفع کرد.

فاکتور مهم دیگری که استفاده از مهندسی ژنتیک را در گونه‌های جنگلی محدود می‌سازد، عدم وجود دانش کافی در مورد زیربنای مولکولی صفاتی در درختان است که از لحاظ صنعتی برای انسان مهم‌تر هستند و ارتباط بیشتری با رشد درختان و کیفیت چوب دارند. این محدودیت نیز با تکمیل ژنوم برخی درختان مهم جنگلی، مانند صنوبر، کاج، سپیدار و همچنین ایجاد بانک‌های اطلاعاتی EST در حال رفع شدن است.

محققین بر این باورند که پیشرفت دانش مولکولی با ساخت نقشه‌های ژنی و توالی‌یابی ‌ژنوم گونه‌های جنگلی این امکان را فراهم کرده است تا دستورزی چندین ژن به‌طور همزمان برای دستیابی به صفات اقتصادی مهم، قابل انجام شود.

نتیجه‌گیری

در مطالب فوق، مشاهده شد که بیوتکنولوژی می‌تواند در بخش جنگل نیز مانند سایر زمینه‌ها، بسیار مفید واقع شود. بنابراین با توجه به وسعت زیاد جنگل‌ها و مراتع کشور (سطح جنگل‌های کشور بالغ بر 12 میلیون هکتار است که از این سطح، حدود 5/1 میلیون هکتار جنگل‌های صنعتی خزری، 5,4 میلیون هکتار جنگل‌های منطقه زاگرس و بقیه جنگل‌های پراکنده مرکزی، جنوبی و ارسباران است) و اهمیت حیاتی این منابع، هرگونه تحقیقی که منجر به افزایش تولید و یا دفع ضایعات این بخش شود،‌ منجر به بازده کلان اقتصادی خواهد شد.

جنگل‌ها و مراتع کشور، از منابع طبیعی تجدیدشونده هستند و برای حل مشکلات این منابع باید به گونه‌ای عمل کرد که موجب به بار آمدن ضایعات زیست‌محیطی نشود و با حداقل سرمایه‌گذاری بتوان به حداکثر بهره‌برداری زسید. کاربرد بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک با هدف افزایش بازده از یکسو و جلوگیری از خسارات و ضایعات از سوی دیگر، این امکان را به‌وجود می‌آورد تا با حداقل ضایعات زیست محیطی و صرف حداقل سرمایه به حداقل رسیده، تولید در سطح کلان افزایش یافته و توسعة پایدار محقق شود. علاوه بر این، در صورت توجه بیشتر به بیوتکنولوژی جنگل، امکان اشتغال‌زایی مناسبی وجود دارد.

مآخذ:

1ـ نادری‌ شهاب‌، محبت‌علی. 1377. تحقیقات‌ بیوتکنولوژی‌ در راستای‌ افزایش‌ بازده‌ جنگلها و مراتع‌. رهیافت‌، شماره‌ 19.

2- Campbell, M. M., A. M. Brunner, H. M. Jones, and S. H. Strauss. 2003. Plant Biotechnology Journal (1) 141-154.

3- Gartland, K. M. A., R. C. Kellison, T. M. Fenning. 2002. Forest Biotechnology and Europe’s Forests of the Future. A Challenge Document for Presentation and Discussion at Forest Biotechnology in Europe: Impending Barriers, Policy, and Implications Edinburgh, Scotland. http://www.forestbiotech.org/pdffiles/europe.pdf.

4- Globerman, S., I. B. Vertinsky. 1995. Forest Biotechnology in Canada: Analysis of Intellectual Property Rights and Protection of Higher Life forms. http://collection.nlc-bnc.ca/100/200/301/ic/ippd-dppi/forest_biotechnology-e/globeref.pdf.

5- Kirk, T.K.1994. Technical overview of forest biotechnology research in the U.S. Proceedings of the 6th international Conference on Biotechnology in the Pulp and Paper Industry: Advances in Applied and Fundamental Research