بیوتکنولوژی کشاورزی چیست؟

بیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه‌ای از تکنیک‌های علمی است که برای بهبود گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود. بر پایه پیشرفت‌هایی که در زمینه DNA حاصل شده است، دانشمندان راه حل‌هایی برای افزایش بهره‌وری کشاورزی ایجاد کرده‌اند.

با پیشرفت در شناسایی ژن‌هایی که ممکن است برای محصولات خاص مزیت‌هایی ایجاد کنند و همچنین توسعه کار با چنین ویژگی‌هایی، بیوتکنولوژی توانایی اصلاح‌کنندگان را برای بهبود محصولات کشاورزی و دام افزایش می‌دهد. بیوتکنولوژی کشاورزی پیشرفت‌هایی را امکان پذیر می‌کند که تنها با روش‎های سنتی مرتبط امکان پذیر نیست.

دانشمندان فرا گرفته‌اند که چگونه ژن‌ها را از یک موجود به موجود دیگر منتقل کنند. این عمل اصلاح ژنتیکی (GM)، مهندسی ژنتیک (GE) یا بهبود ژنتیکی (GI) نامیده می‌شود.

این فرآیند امکان انتقال ویژگی‌های مفید مانند مقاومت در برابر یک بیماری را به گیاه، حیوان یا میکروارگانیسم با وارد کردن ژن از موجودات دیگر فراهم می‌کند.

تقریباً تمام محصولاتی که تا به امروز با این روش بهبود یافته‌اند که محصولات تراریخته یا GMO نامیده می‌شوند، برای کمک به کشاورزان برای افزایش بهره‌وری از طریق کاهش آسیب به محصول از علف‌های هرز، بیماری‌ها یا حشرات توسعه یافته‌اند.

رشته بیوتکنولوژی کشاورزی

در رشته بیوتکنولوژی کشاورزی، همواره تلاش بر این است تا روش‌ها و تکنیک‌های جدیدی در دست توسعه قرار گیرند تا بهره‌وری را هرچه بیشتر افزایش دهد. رشته بیوتکنولوژی کشاورزی در مقطع کارشناسی ارشد ارایه می‌شود و در مجموع، دانش‌آموختگان این رشته 32 واحد درسی را گذرانده که 18 واحد آن را دروس اختصاصی، 7 واحد آن را دروس اختیاری، 1 واحد سمینار و 6 واحد را پایان نامه تشکیل می‌دهد.

دروس تخصصی این رشته به شرح زیر است:

• ژنتیک مولکولی
• مهندسی ژنتیک
• کشت سلول و بافت گیاهی
• بیوشیمی پیشرفته
• ژنومیک

و همچنین دروس اختیاری رشته نیز به شرح زیر است:

بازار کار رشته بیوتکنولوژی کشاورزی

بیوتکنولوژی کشاورزی یک صنعت جهانی و در حال رشد است. با این رشد فرصت‌هایی برای اشتغال در بسیاری از مشاغل به وجود آمده و افراد با مهارت‌های مختلف و سطوح مختلف تحصیلی توسط شرکت‌های کشاورزی خصوصی و دولتی در سراسر جهان استخدام می‌شوند.

فرصت های شغلی در بیوتکنولوژی کشاورزی

با پیشرفت در بخش تحقیق و توسعه (R&D) در سراسر جهان، فرصت‌های شغلی در بیوتکنولوژی مبتنی بر کشاورزی نیز افزایش یافته است. افراد با تخصص‌های علمی و فنی قوی، مدیران خوب و فروشندگان خوب با مهارت‌های ارتباطی قوی مورد نیاز هستند.

کتخصصان و فارغ التحصیلان این رشته همانند دیگر گرایش‌های بیوتکنولوژی می‌توانند در بخش‌های تحقیق و توسعه، تحقیقات بالینی، ساخت و تولید و کنترل کیفیت فعالیت کنند.

در ادامه به چند شغل از بازار کار بیوتکنولوژی کشاورزی اشاره می‌کنیم:

Agronomist یک دانشمند در حوزه کشاورزی است که با استفاده از گیاهان در جهت حل مسائل مربوط به تولید غذا، ایجاد غذای سالم‌تر، کاهش اثرات زیست محیطی کشاورزی و ایجاد انرژی از گیاهان تلاش می‌کند.

حشره شناس دانشمندی است که حشرات را مطالعه می‌کند. حشره شناسان به شدت در توسعه استراتژی‌های مدیریت آفات در بیوتکنولوژی نقش دارند.

یک آسیب شناس گیاهی دانشمندی است که بیماری‌های گیاهی ناشی از عوامل بیماری زا (عوامل عفونی) و شرایط محیطی که تأثیر‌گذار است را ، مطالعه می‌کند.

دستاوردهای بیوتکنولوژی کشاورزی

نشانگرهای مولکولی:

پرورش سنتی شامل انتخاب گیاهان یا حیوانات فردی بر اساس صفات قابل مشاهده یا قابل اندازه‌گیری است. با بررسی DNA یک ارگانیسم، دانشمندان می‌توانند از نشانگرهای مولکولی برای انتخاب گیاهان یا حیواناتی که دارای ژن مطلوب هستند، حتی در غیاب یک صفت قابل مشاهده، استفاده کنند؛ بنابراین، پرورش به صورت دقیق‌تر و کارآمدتر انجام می‌شود.

به عنوان مثال، مؤسسه بین‌المللی کشاورزی گرمسیری “International Institute of Tropical Agriculture” از نشانگرهای مولکولی برای به دست آوردن لوبیا چشم بلبلی مقاوم در برابر بروچید (یک سوسک)، یام سفید مقاوم در برابر بیماری و کاساوا “cassava” مقاوم به بیماری موزائیک کاساوا “Cassava Mosaic” و غیره استفاده کرده است.

یکی دیگر از کاربردهای نشانگرهای مولکولی شناسایی ژن‌های نامطلوب است که در نسل‌های آینده قابل حذف هستند.

تشخیص مولکولی:

تشخیص مولکولی شامل روش‌هایی است که برای تشخیص ژن‌ها یا محصولات ژنی است که بسیار دقیق و خاص هستند. تشخیص مولکولی در کشاورزی برای تشخیص دقیق‌تر بیماری‌های محصول یا دام استفاده می‌شود.

کشت بافت:

کشت بافت باززایی و تولید گیاهان در آزمایشگاه از قسمت‌های گیاهی عاری از بیماری است. این تکنیک امکان تولید مثل مواد کاشت عاری از بیماری را برای محصولات فراهم می‌کند. نمونه‌هایی از محصولات تولید شده با استفاده از کشت بافت شامل مرکبات، آناناس، آووکادو، انبه، موز، قهوه و پاپایا است.

محصولات دستکاری شده ژنتیکی (GE):

از سال 1996 تا 2003، سطح جهانی محصولات تراریخته 40 برابر شده است و از 1.7 میلیون هکتار در سال 1996 به 67.7 در سال2003 رسیده است. این محصولات در 18 کشور توسط 7 میلیون کشاورز کشت شده است.

در سال 2003، شش کشور اصلی شامل ایالات متحده آمریکا، آرژانتین، کانادا، برزیل، چین و آفریقای جنوبی 99 درصد از سطح زیر کشت محصولات تراریخته جهانی را رشد دادند.

6 کشور برتر شامل 4 کشور در حال توسعه و 2 کشور صنعتی است.  اخیراً دو کشور جدید هند و فیلیپین به گروه جهانی کشورهایی پیوستند که محصولات دستکاری شده ژنتیکی را پرورش می‌دهند.

در کل، لیست دقیق‌تری از کشورهایی که محصولات تراریخته را پرورش می‌دهند به شرح زیر است:

چند نمونه از ویژگی‌های قابل اصلاح توسط بیوتکنولوژی کشاورزی

مقاومت در برابر حشرات

در چند سال اخیر، چندین محصول از نظر ژنتیکی مهندسی شده‌اند تا پروتئین Bt را تولید کنند تا این پروتئین آنها را در برابر گروه‌های خاصی از حشرات مقاوم کند.

“Bt” مخفف Bacillus thuringiensis، یک باکتری خاک است که حاوی پروتئینی می‌باشد که برای طیف محدودی از حشرات سمی است، اما برای حیوانات یا انسان مضر نیست.

باکتری Bt سال‌ها قبل از ظهور محصولات فعلی Bt که با استفاده از بیوتکنولوژی ساخته شده‌اند، برای کنترل آفات حشرات مورد استفاده قرار می‌گرفته است.

انواع ذرت و پنبه مقاوم به حشرات Bt اکنون در حال تولید تجاری هستند. سایر محصولات مورد بررسی شامل لوبیا چشم بلبلی، آفتابگردان، سویا، گوجه فرنگی، تنباکو، گردو، نیشکر و برنج است.

تحمل علف کش

علف کش‌های شیمیایی اغلب برای کنترل علف‌های هرز استفاده می‌شوند. رشد علف‌های هرز در یک مزرعه می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد محصول را کاهش دهد زیرا علف‌های هرز برای مواد مغذی خاک، آب و نور خورشید با گیاهان زراعی رقابت می‌کنند.

در حال حاضر بسیاری از کشاورزان علف‌های هرز را با سمپاشی مستقیم علف‌کش‌ها روی گیاهان زراعی کنترل می‌کنند.

از آنجایی که این علف‌کش‌ها معمولاً تنها طیف محدودی از گیاهان را از بین می‌برند کشاورزان پس از شروع رشد محصول، از مخلوطی از چند علف‌کش برای کنترل علف‌های هرز استفاده می‌کنند. باید این موضوع را نیز در نظر داشت که اگر علف‌کش خیلی قوی‌ای استفاده شود گیاهان زراعی مورد نظر را نیز از بین می‌برد.

محققان دریافتند که اگر گیاه زراعی به گونه‌ای مهندسی ژنتیک شود که در برابر علف‌کش‌های قوی مقاوم باشد، می‌توان از بین علف‌های هرز را ساده‌تر کرد و از مواد شیمیایی ایمن‌تر استفاده کرد.

اغلب استدلال می‌شود که چنین گونه‌های مهندسی شده‌ای فرسایش خاک را کاهش می‌دهند. مقاومت در برابر علف‌کش‌های مصنوعی به صورت مهندسی ژنتیک در ذرت، سویا، پنبه، کلزا، چغندر قند، برنج و کتان ایجاد شده است.

مقاومت در برابر ویروس

بسیاری از گیاهان مستعد ابتلا به بیماری‌های ناشی از ویروس‌ها هستند که اغلب توسط حشرات مانند شته‌ها از گیاهی به گیاه دیگر در سراسر مزرعه منتقل می‌شوند.

کنترل شیوع بیماری‌های ویروسی می‌تواند بسیار دشوار باشد و در کنار کنترل شیوع بیماری محصول می‌تواند متحمل خسارت شدیدی بشود.

حشره‌کش‌ها گاهی اوقات برای کنترل جمعیت حشرات ناقل استفاده می شوند اما اغلب تأثیر کمی بر گسترش بیماری دارند. دانشمندان روش‌های مهندسی ژنتیک جدیدی را کشف کرده‌اند که گیاه را در مقابل بیماری‌های ویروسی مقاوم می‌کنند.

در ایالات متحده، انواع مختلفی از کدو حلوایی و کدو سبز مقاوم به سه بیماری مهم ویروسی ساخته و تجاری شده است. همچنین دانشمندان در آفریقا در حال حاضر در حال توسعه محصولاتی مقاوم به ویروس از جمله کاساوا، ذرت، و سیب زمینی هستنند.

تاخیر در رسیدن میوه

تأخیر در فرآیند رسیدن میوه مورد توجه تولیدکنندگان قرار دارد زیرا زمان بیشتری را برای ارسال میوه از تولید کننده به مصرف کننده در اختیار قرار می‌دهد و ماندگاری میوه را برای مصرف کنندگان افزایش می‌دهد.

میوه‌هایی که از نظر ژنتیکی برای تاخیر در رسیدن مهندسی شده‌اند را می‌توان دیرتر برداشت کرد ، در حمل و نقل ماندگاری بیشتری خواهند داشت و ممکن است برای مصرف‌کنندگان دوام بیشتری داشته باشند.

غذاهایی با ارزش غذایی بهبود یافته

محققان از بیوتکنولوژی برای توسعه مواد غذایی با ارزش غذایی بهبود یافته استفاده می‌کنند. از اصلاح ژنتیکی می‌توان برای تولید محصولاتی که حاوی مقادیر بیشتری ویتامین هستند برای بهبود کیفیت تغذیه آنها استفاده کرد.

برای مثال “برنج طلایی” تغییر یافته ژنتیکی حاوی سه ژن پیوندی است که به گیاهان اجازه می‌دهد بتاکاروتن تولید کنند که در بدن انسان به ویتامین A تبدیل می‌شود.  کمبود ویتامین A  علت اصلی نابینایی در جهان است که 250 میلیون کودک را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

بیوتکنولوژی همچنین برای تغییر محتوای بسیاری از محصولات روغنی، یا برای افزایش مقدار روغن یا برای تغییر انواع روغن‌هایی که تولید می‌کنند، استفاده شده است.

همچنین می‌توان از بیوتکنولوژی برای ارتقاء برخی از پروتئین‌های گیاهی استفاده کرد که اکنون ناقص یا دارای ارزش بیولوژیکی پایین هستند زیرا فاقد یک یا چند اسید آمینه ضروری هستند.

نمونه‌هایی از محصولات تراریخته کشت شده در کشورهای مختلف:

• سویای مقاوم به علف کش، محصول تراریخته غالبی بود که به صورت تجاری در هفت کشور ایالات متحده آمریکا، آرژانتین، کانادا، مکزیک، رومانی، اروگوئه و آفریقای کشت شد.
• ذرت مقاوم به حشرات دومین محصول غالبی بود که در 9 کشور ایالات متحده آمریکا، کانادا، آرژانتین،آفریقای جنوبی، اسپانیا، فیلیپین، هندوراس، اروگوئه و آلمان کاشته شد.
• کلزای مقاوم به علف کش سومین محصول غالب بود که در دو کشور کانادا و آمریکا کاشته شد.
• پنبه Bt در کشورهایی مانند چین، هند و آفریقای جنوبی اهمیت بسیاری دارد.

چند شرکت پیشتاز در حوزه بیوتکنولوژی کشاورزی

• Blue River Technology

Blue River Technology واقع در کالیفرنیا، ایالات متحده، تجهیزات کشاورزی هوشمند طراحی شده برای بهینه‌سازی روش‌های کشاورزی را توسعه می‌دهد که به عنوان جایگزینی برای کشاورزی به شیوه سنتی عمل می‌کند. برای مثال با استفاده از این روش‌های هوشمند و سیستم‌های رباتیک می‌توان تصمیم گیری کرد که کدام علف‌های هرز باید از بین بروند.

• FYTO

FYTO واقع در ماساچوست، ایالات متحده، فناوری خوراک گیاهی را برای تولید پایدار محصولات کشاورزی توسعه میدهد.  این شرکت محصولاتی با مواد مغذی متراکم، روش‌های سازگار با آب و هوا، محصولات کشاورزی مانند خوراک دام، پروتئین‌های گیاهی و کودهای زیستی را ارائه می‌دهند.

• Indigo

Indigo واقع در ماساچوست، ایالات متحده، خدمات کشاورزی میکروبیوم گیاهی را برای کمک به افزایش عملکرد و سودآوری محصول ارائه می‌دهد. با استفاده از یک پایگاه داده میکروب ژنومی گسترده، Indigo می‌تواند پیش بینی کند که کدام میکروب برای سلامت محصولات مفیدتر است و آنها را در قالب یک پوشش بذر اعمال کند.

• Microendo

Microendo پس از درک نیازهای مشتریان، کودهای زیستی سفارشی را با استفاده از میکروبیوتای موجود در گیاهان مشتریان خود ایجاد می‌کند. کودهای زیستی مناسب برای هر محصول ارگانیک هستند و به طور طبیعی به افزایش عملکرد و سلامت محصولات کمک می‌کنند.

• Reazent

Reazent واقع در کانادا، مواد شیمیایی طبیعی و ایمن برای کشاورزی تولید می‌کند. این شرکت از فناوری خود استفاده می‌کند تا محصولات سالم تری که از بیماری های باکتریایی و قارچی محافظت می شوند را تولید کند.

• Bioheuris

این شرکت واقع در آرژانتین بوده و از زیست شناسی مصنوعی و ویرایش ژن برای توسعه نسل بعدی محصولات مقاوم به علف‌کش استفاده می‌کند.

• Bioprime Agrisolutions

Biorprime واقع در هند، از مولکول‌های زیستی تعدیل‌کننده فیزیولوژی هدفمند برای ایجاد انعطاف‌پذیری آب و هوا در محصولات استفاده می‌کند. این مولکول‌های زیستی را می‌توان با هر محصولی استفاده کرد و با روش‌های کشاورزی در حال استفاده سازگار است.

• GreenPods

آزمایشگاه GreenPods که در هند واقع شده است، با استفاده از فناوری نانو، راه حل‌های پس از برداشت را ارائه می‌دهد که عمر مفید میوه‌ها و سبزیجات را افزایش می‌دهد.

این فناوری مکانیسم‌های دفاعی طبیعی در میوه‌ها و سبزیجات را فعال می‌کند و فرآیند رسیدن را کند می‌کند و تلفات پس از برداشت را به حداقل می‌رساند.

• Blukhet

BluKhet در هند واقع شده است و تکنیک‌های کشاورزی بدون خاک را توسعه می‌دهد.

• Farmula

Farmula واقع در غنا، از پلتفرم خود برای دسترسی بهتر کشاورزان به بازار از طریق ارتباط خودکار بین کشاورزان و مشاغل استفاده می‌کند. این به کشاورزان اجازه می‌دهد تا به راحتی محصولات خود را قیمت گذاری کنند و در عین حال به کسب و کارها اجازه دسترسی مستقیم به کشاورزان را برای ثبت سفارش می‌دهد.

• RootWave

RootWave که در، انگلستان واقع شده است، فناوری کشتن علف‌های هرز را با استفاده از شوک الکتریکی به عنوان جایگزینی پایدار برای علف‌کش‌های شیمیایی توسعه داده است.

نویسنده: زهرا جهان‌بخش

تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی

منابع:

1. http://absp2.cornell.edu/resources/briefs/documents/warp_briefs_eng_scr.pdf
2. https://www.scispot.com/blog/top-20-agricultural-biotech-startups-in-the-world
3. https://www.mishicotffa.org/uploads/2/3/2/7/23271034/careers_in_biotech_reading.pdf