تاریخ زادشناسی برنج ترجمه مقاله ای از مرکز تحقیقات غذایی و کشاورزی وزارت کشاورزی ژاپن

                                                                                                                                 

تاريخ زادشناسي برنج

 

1- پيش از جنگ جهاني دوم و در طول آن

مواد آزمايشي مورد استفاده مندل براي فرمول بندي قانون وراثت ، نخود هاي باغچه بود. بنا براين، گياهان عالي كه در نواحي مركزي رشدگياهان زراعي وجود داشتند، نقش مهمي را در توسعه علم زادشناسي جديد بر عهده گرفته اند. با اين حال، باكتري ها و ويروس ها پس از مگس سرکه در دوره‌‌ي‌‌ بعدي حامل ‌هاي اصلي به شمار می رفتند. به همين علت، همه اين موجودات زنده، سازگان هاي حياتي نيرومند و نسبتاً ساده ای را درفاصله نسل‌ها تسریع کرده و به عنوان يك پيامد نوین، اصول اساسي زادشناسي را كه با سازگان‌هاي عالي تر نمي‌ توان تشخيص داد، امکان پذیر كرد.

اگرچه، براي درك ماهيت وراثت، چنين كشفي به تنهايي كافي نبود. اطلاعات بنيادي به دست آمده، نیازمند به کارگیری ارگانیسم های عالی تر بود که لزوم تأیید آن را در هریک از سطوح یاخته ها،بافت ها و افراد یک جمعیت مجاز می ساخت. در طول اين مطالعات، كشف پيامدها و مسائل گوناگون با انگيزه توسعه بيشتر، نيازمند پاسخ یابی دوباره ای بود. در چنین شرایطی، تصویر کاملی از زادشناسی ارگانیسم ها معلوم شد. این تحقیق که توسط ماک لین توک در سال 1951 به اجرا در آمد، اولین کشف مهیّج عناصر زادشناختی برای توسعه و تکامل این علم در زمان حاضر به شمار می رود.

برنج در مقایسه با ذرّت یک گونه گیاهی زراعی مهمی است. برنج غذای اصلی بیش از دومیلیارد جمعیت بوده که از عرض جغرافیایی 53 درجه شمالی تا 40 درجه جنوبی کشت می شود. در حدود 120000 رقم زراعی برنج در جهان مورد بهره برداری قرارمی گیرد.

از این گذشته، در زمین های باتلاقی آب عمیق نواحی گرمسیری، به صورت برنج شناور رویش می یابد و خوشه های آن همیشه در بالای سطح آب قرار می گیرد. در حالی که در مزارع آبیاری مانند برنج دیم رشد می کند. در هردوحالت برنج می تواند بذر تولید کند. درحقیقت، برنج یک گونه گیاهی زراعی است که دارای توانایی سازگاری با محیط های متنوع بوده و مانند ویژگی های تنکارشناختی دارای ریخت شناسی متفاوت می باشد. اصطلاح ذخایر زادشناختی به جمعیت سازگان های زیستی گفته می شود که ژن های با ارزش فراوانی از نظر منابع حمل می کند. برای خصوصیات رفتاری جرم پلاسم کامل به طور مفصل و ارزیابی آن ها بی نهایت با اهمیت است.

مطالعات زادشناسی برنج خیلی زود شروع شد. تنها دوسال پس از کشف مجدد قوانین مندل، هوشی نو (1902) مقاله ای با عنوان " تغییرات مواد درون دانه گیاهان دورگ در تلاقی بین برنج های گلوتینی و غیرگلوتینی" را انتشار داد. در این مقاله برای اولین بار پدیده ی xenia  گزارش شد. این نوشته به دنبال گزارش دیگرش تحت عنوان تفرق جنسی یاخته های تخم در برنج پی گیری شد، که تحلیل اطلاعات آن بااستفاده از اصول قانون مندل انجام شد. کاتو (1903) تلاقی مصنوعی را شروع کرد و در تلاقی گیری برنج پیش قدم گردید. باوجود مؤفقیت های زیادی در تحقیقات زادگیری (Breeding) عملی برنج در سال های بعد، روند مطالعات زادشناسی آن خیلی کم تر از ذرّت بود.

در سال های اخیر، وارد کردن و همانند سازی اطلاعات زادشناختی در سطوح یاخته ای و مولکولی با روش های مؤثر جدید زادگیری گیاه زراعی شدیدا ضروری بوده است. از این گذشته، از زمانی که برنج در ارزش اقتصادی بین المللی خود به عنوان یک گونه گیاهی مهمی تلقی شد، تحکیم و شدت عمل مؤثر مطالعات زادشناختی برنج با چشم انداز نوینی ضرورت یافته است. در بازبینی تاریخ علم زادشناسی برنج، ابتدا مؤفقیت های تحقیقاتی گذشته را ارزیابی کرده و ازاین طریق دورنمای آینده ی توسعه آن به منظور تکامل توضیح داده می شوند. مطالعات ذکر شده در فوق بیش از 60 سال به طول انجامید. در بازنگری تکامل تحقیقاتی گذشته، این دوره 90 ساله را می توان به چندین بخش زمانی تقسیم بندی نمود، که هریک از آن ها با مباحث ویژه مربوط به علم زادشناسی برنج مشخص می شود:            دوره اول: 1915 – 1900

دوره اول: 1930 – 1916

 دوره سوم: 1940 –31 19

 دوره چهارم:50 19 –41  19

 دوره پنجم:  60 19 –51 19

 دوره ششم:70 19 –61 19

دوره هفتم: 80 19 – 71 19

دوره هشتم : 90 19 – 81 19

دوره نهم :  2000 – 1991

دوره دهم: 2005 - 2001

این تقسیم بندی تا اندازه ای مکانیکی است. اگر چه، از نظر توسعه علمی، یک دوره 10 ساله مدت زمان کوتاهی نیست، اما مدت زمان کافی برای برآورد میزان توسعه فعالیت های تحقیقاتی هست. به این دلیل در طول این دوره زمانی، حرکت معنی دار معینی در موفقیت های تحقیقاتی وقوع یافته است که آن دوره زمانی را مشخص می کند. نظریه زیر درباره مطالعات زادشناسی برنج نیز مبتنی بر چنین نقطه نظراتی می باشد.

 

 

 

 

 

1 –  عصر پذیرش وراثت مندلی

 

دوره اوّل(1915 – 1900 ): کابردهای قانون مندل

       کشف دوباره قانون مندل را به عنوان سرآغاز دوره مطالعات زادشناسی برنج می توان در نظر گرفت. برای اولین بار هوشی نو درسال 1902 مقاله ای به نام ״ تغییر ترکیبات درون دانه برنج در دورگ های حاصل از تلاقی ارقام گلوتینی و غیر گلوتینی ״ انتشار داد، که آمیزش خارجی برنج را تداعی می کرد. او با انجام آزمایش های تلاقی گونه های مختلف برنج تجاربی اندخته بود و برای وارد کردن آن ها در ادبیات زادشناسی برنج کوشید. تنها کسانی که دستاوردهای ارزشمند او را فهمیدند، وی را مورد تحسین قرار دادند. در سال 1903 و بعد از آن، کاتو برای پایه گذاری مطالعات زادشناسی صفات گوناگون برنج و گندم، تلاقی گیری مصنوعی را در پیش گرفت. نتایج کار او انتشار نیافت تا این که، آندو در سال1916 و ایکنو در سال 1927 به انتشار آن ها مبادرت کردند. صفاتی که توسط کاتو مطالعه شده بود، بعضی از نشانویژگی های ریخت شناختی مانند برگ، ساقه، اندزه وشکل دانه و زمان گلدهی بود. چنین مطالعه وسیعی در گیاه برنج در آن زمان واقعاً حیرت انگیز بود. مطالعات ایکنو در سال 1927 وراثت مندلی در برنج و گندم را مورد تأیید قرار می داد.

                مطالعه صفات مربوط به گلدهی و گرده افشانی مصنوعی که در دورگ گیری ضروری هستند، در این دوره پایه گذاری شده است. دستآوردهای قابل توجهی توسط ایزو (1913) در تایوان، ایکنو (1914) در هونشو (جزیره اصلی)، و آکمین (1914) در هوکائیدو  و هکتور (1913) در هند گزارش شد که همه ی آن ها راهنمایی های سودمندی را برای دورگ گیری مصنوعی فراهم ساختند. این مطالعات ادامه یافت تا این که در آغاز دوره دوم روش عفقیم سازی توده ای بنا نهاده شد.

           از مطالعات دوره اول، مشاهده یاخته های برنج و کروموزوم ها توسط کووادا(1909) امکان پذیر گردیده و تعداد کروموزوم های برنج 24 عدد (24= n2 ، 12 = n ) تعیین شد. تقسیم میوزی و نموّ جنین نیز توسط کووادا و آکمین آزمایش شد. با این وجود، این عرصه فعالیت در پیدایش دوره دوم کمک بزرگی کرد. واقعه دیگری که در تحقیقات علم زادشناسی و زادگیری در ژاپن اهمیت زیادی داشت، ابتدای پایه گذاری آزمایشگاه های زادشناسی و مطالعه علوم زادگیری در دانشگاه های ملی بود. بعداً این آزمایشگاه ها به مراکزی برای تحقیقات زادشناسی برنج تبدیل شدند. دولت ژاپن اولین بخش علوم زادگیری را در کالج کشاورزی دانشگاه امپراتوری توهوکو کرد که در حال حاضر به دانشگاه هوکائیدو معروف است. سپس با ایجاد دانشکده های کشاورزی در دانشگاه های امپراتوری کیوشو، کیوتو و تامی هوکو ، این واحدهای علوم زادگیری توسعه بیشتری یافت.

 

دوره دوّم (1930 – 1916): آغاز فعالیت در تحلیل های ژنی

               

دوره دوم عصر توسعه پرشتاب علوم زادشناسی عملی بود. این دوره را می توان به مراحل کودکی زندگی انسانی تشبیه کرد. مردم به موجب اطلاعات زیادی از مگس سرکه (دروزوفیلا) که توسط گروه مورگان در دانشگاه کلمبیا به دست آمده بود، قانع شدند که ژن ها برروی کروموزوم ها قرارگرفته اند. خانم مک کلینتوک در سال 1913 مقاله ای تحت عنوان " رابطه بین یاخته شناسی و زادشناسی تلاقی های متقابل در ذرّت" انتشار داد که در آن مبادله اطلاعات زادشناسی در طول مدت گامت زایی به عنوان نتیجه منطقی تغییرات کروموزومی دانسته شد. این مقاله به اثبات نظریه کروموزومی اصول وراثت کمک بزرگی کرد. این نوشته مک کلینتوک به عنوان یکی از گرانبها ترین تجربیات زیست شناسی نوین ارزش زیادی داشت.

تعداد زیادی آزمایش های زادگیری و تحلیل ژنی برنج بر پایه نظریه ژنی فوق ذکر انجام شده است. بیش تر این فعالیت ها در مجلات علمی آن زمان قابل پی گیری بودند. جامعه اصلاح نژاد ژاپن در سال 1914 پا به عرصه ظهورگذاشت و پس از تبدیل شدن به هسته ی مرکزی تحقیقات زادگیری پایان دوره ی اول را اعلام کرد. به علت مناسب نبودن زمان، انتشار این مجله پس از شماره دوم متوقف گردید. در سال 1920 این جامعه دوباره سازماندهی گردید و به جامعه زادشناسی ژاپن معروف گردید. این است علت ایجاد جامعه کنونی با این نام جدید. در ضمن، رویداد های ایجاد جامعه کنونی اصلاح نژاد ژاپنی که پس از جنگ جهانی دوم شناخته شد، بعداً توضیح داده می شود.

اولین شماره ی مجله زادشناسی ژاپنی در ماه مه سال 1920 انتشاریافت. هدف اصلی این نشریه تحلیل های ژنی بود، از قبیل وراثت رنگیزه در برنج قرمز ( کاتو و ایشی کارا )، وراثت برگ ارغوانی در برنج (تاکه زاکی) و جهش یافته های نیمه عقیمی ( ترائو ) اهمیت بزرگی داشتند. در خلال این دوره ترائو، تاکه زاکی و ناگایی در ایستگاه آزمایش های کشاورزی ملی، کوندو و یاماگوشی در مؤسسه کشاورزی اوهارا، و میازاوا و نوبرو تاکاهاشی به اضافه آکی مین و ایکنو در دانشگاه های ملی، تحقیقات فعًالی را با تأکید بر نسبت تفرقه صفات ریخت شناختی برنج به اجرا گذاشتند.

در کشورهای دیگر نیز، دانشگاه هایی مانند  پارنل، رامیا و هکتور هندوستان و جانس ایالات متحده به میزان قابل ملاحظه ای فعال گردیدند. آن ها وراثت صفات ریخت شناختی برنج را مطاله کردند و دلایل مهم و با ثباتی را اعلام نمودند که این تحلیل ها تا اندازه ای ساده و روشن بود. دراین مطالعات، نشانویژگی های قد کوتاهی، شکل خوشه و دانه، و داشتن رنگیزه آنتوسیانین ارزیابی شدند. مثال هایی از این تحقیقات مورد بازنگری قرار می گیرند: پارنل و همکاران (1922) از هند و ساگی موتو (1923) از ژاپن درباره قد کوتاهی کارکردند. سپس مطالعات آن ها توسط آکه مین (1925) دنبال گردید، که دو ژن قدکوتاهی    ₁  d­­ و  d₂ را در نظر گرفت، که به ترتیب قدکوتاهی ارقام دای کوکو و ابیسو را تحت کنترول می گرفتند. او برای بررسی اثرات تکمیلی شان آزمایش های بیشتری انجام داد. در میان سری ژن های d   که امروزه به ثبت رسیده، این ها اولین ژن ها بودند. درباره نشانویژگی های دانه برنج، مطالعات ناگایی (1921) به نسبت بین نشانویژگی های رنگیزه دار بودن پیرابر و خواص شیمیایی آن توجه بیشتری مبذول داشته است.

این تلاش ها به عنوان پیشرو مطالعات زادشناختی نشانویژگی های دانه برنج شناخته شد. جانز (1930)، پارنل (1917 و 1921 ) و رامیه (1927 و 1930 ) در مورد این صفات به یک سری ارزیابی هایی دست زدند. در طول این دوره، درباره رنگیزه دار شدن، گزارش های متعددی انتشار یافت. رنگی بودن پوسته دانه و پهنک برگ توجه دانشمندان را به خود جلب نمود. هکتو (1922 ) تنوع در رنگیزه دارشدن برنج های زیرگونه هندی را مطالعه کرد و یکی ازچهار جفت ژنی را پیشنهاد کرد که نسبت های تفرقه همتافته را شرح می دادند. جانز در1930، باتوجه به رنگیزه دارشدن قسمت های مختلف ساقه در پروره های برنج آمریکای شمالی تحلیل مشابهی ارائه داد. در ژاپن، تاکه زاکی (1921 ) و دیگران به موازات شناسایی ژن های مربوط به نشانویژگی های گلوتینی و غیر گلوتینی درون دانه (آندوسپرم)، ژن های مطلوب کنترول کننده رنگیزه دارشدن، به استثنای آنتوسیانین ها را کشف کردند.

مطالعات زادشناختی مقاومت به بیماری که دراین دوره شروع شد، براساس بیماری بلاست و لکه برگی هرمین توسپوریوم  قرارداشت. اگر چه این بررسی ها در مراحل آزمایشی نسبت های تفرًق یافته انجام می شد ولی ژنی را شناسایی نمی کرد.

          دراین دوره مقالات زیادی به چاپ رسید، اما مکاتبات میان دانشمندان و تصوًر کلی طرح آزمایشی نظام مند شناسایی ژنی ناکافی بود. بنابراین، چنین تلاش هایی به تدوین قوانین ژنی ختم نشد. پس شرایط مطالعه گروه های پیوسته که برای تحلیل قواعد ژنی صفات گوناگون اصولی به نظر می رسیدند، هنوز فراهم نشده بودند. با این وجود، تحقیق مربوط به آن، هرچند ضعیف، آغاز شد. برای مثال، نوبورو تاکاهاشی (1923) و یاماگوشی (1926) پیوستگی بین ژن های رنگ پوسته برنج  (S) و ژن واکسی (M) را گزارش دادند. لازم به توضیح است که چائو (1928) نیز نتایج مشابهی را به دست آورد. این نتایج با پیوستگی بین کروموژن رنگی آنتوسیانین (C ) و واکسی (Wx ) از نظر واژه شناسی حاضر مطابقت دارد. رویداد دیگری که باید درباره ی دوره ی تاریخی اول و دوم گفت، شروع تحقیقات زادشناسی یاخته ای بود. مطالعه در این عرصه، توسط کووادا و هارادا تحت راهنمایی فوجی یی آغاز شد. پیش از این ذکر شد که کووادا ( 1910 و 1909 ) تعداد کروموزوم های برنج را تعیین کرده بودند،

چکیده تاریخ کشاورزی تألیف:فردوس عادلی مسبب

چکیده تاریخ کشاورزی

تاریخ کشاورزی به تاریخ تمدن انسانی یعنی 10000 سال می رسد. شواهد باستان شناسی نیز نشان می دهد، کشاورزی در دوره زمین شناسی پالئونئولیتیک یا عصر جدید درنقاط مختلف جهان آغاز شده است. تاریخ تکامل انسان به دومیلیون سال می رسد که یک میلیون نهصد و نود سال به حالت توحّش درکنار رودخانه ها و دریاچه ها و جنگل ها سپری شده است. در این مدت زمان طولانی چون ثروت ها انباشت نمی شد، عدالت اجتماعی و برابری اقتصادی در میان جمعیت های انسانی به طور کامل وجود داشت و کشتار و شبیه خون و بهره کشی انسان از انسان مفهومی نداشت زیرا مطابق پیشنهاد های پروفسور هارلن در عصر پیش از کشاورزی، زندگی و امرار معاش به شکار و جمع آوری گیاهان و ماهی گیری وابسته بود.

احتمالا، منشأ کشاورزی و تکامل گیاهان از وحشی به اهلی یا زراعی هم زمان بوده است. کشاورزی هرگز کشف یا اختراع نشده است. کشاورزی در نتیجه توسعه مجموعه عناصر فرهنگی و ذهنی جوامع انسانی پدید آمده است. اهلی شدن گیاهان نیز به یک روند تکاملی مربوط می باشد که تغییرات ژنی بسیاری در سازش و انتخاب آن ها دخالت داشته است. این انتخاب و سازش در طی مراحل تدریجی، در مدت زمان طولانی با هم وقوع یافته اند. واضح است، کشاورزی بدون گیاهان زراعی و گیاهان زراعی بدون کشت و کار نمی تواند وجود داشته باشد. با این حال، شواهد روشنی برای آغاز هم زمانی آن ها به دست نیامده است. اما در جنوب آسیا، کشت برنج می تواند همراه گیاهان ریشه ای شروع شده باشد (گورمن، 1977).

محاسبه میزان محصول برنج با رطوبت 14%

 

محاسبه میزان محصول برنج با رطوبت 14%

 

         میزان محصول برنج معمولاَ با رطوبت 14% محاسبه و گزارش می شود. این مقایسه محصول در همه نقاط جهان و در تمام سال ها صورت می گیرد. رطوبت 14% دانه را بر پایه وزن تر گیاهی (f_w ) یا وزن خشک آن (d_w ) می توان شرح داد. رطوبت بر پایه f_w  یعنی MC_fw  عموماً بیشتر از مقدار آن بر پایه d_w  یا MC_dw  است. هرچه مقدار کل رطوبت دانه افزایش یابد، این اختلاف بیشتر می شود.

 درصد رطوبت برپایه f_w  و d_w را با استفاده از معادلات زیر می توان به یکدیگر تبدیل کرد:

(۱)           %MC_fw=100X%MC_dw / (100+%MC_dw)

 

(2)           %MC_dw=100X%MC_fw /(100 - %MC_fw)

 

دستگاه های رطوبت سنج برقی، معمولاً برای تعیین مقدار دانه به کار می روند. این دستگاه ها هدایت الکتریکی یا ظرفیت حرارتی بذور را اندازه گیری می کنند و مقدار رطوبت را به صورت %MC_fw نشان می دهند و با %MC_dw نبایستی اشتباه شود.

 معادله مورد استفاده برای محاسبه میزان محصول با  %MC_fw برابر %14 عبارت است از: 

 

(1)    وزن تنظیمی با ۱۴٪بر اساس وزن تر =W (1-0.01X%MC_fw ) / 086

در این جا W  وزن برنج و %MC_fw  عددی که دستگاه رطوبت سنج نشان می دهد.

 از طرف دیگر، معادله محاسبه میزان محصول با رطوبت %14 MC_dw عبارت است از:

(4)      وزن تنظیمی با ۱۴٪ بر اساس وزن خشک = W(1 - 0.01 X %MC_fw ) / 1.14

      وزن تنظیم شده با استفاده از معادله (3) در حدود 2% بیشتر از معادله (4) به دست می آید. یعنی میزان محصولی که بر حسب 14% رطوبت بر پایه وزن خشک بر آورد میشود تقریباً 2% کمتر از حالتی است که بر پایه وزن تر تعیین شود. بنابراین، هنگام گزارش میزان محصول دانه در 14% رطوبت باید نشان داده شود که آیا بر پایه d_w  یا f_w انجام شده است یا نه؟  گزارش میزان محصول دانه در 14% MC  بر پایه f_w و با استفاده از معادله (3) ترجیح داده شود.

منبع:

موسسه بین المللی تحقیقات برنج – S. Peng

 

 

فردوس عادلی مسبب

 

چکیده

ارزش غذایی ودرمانی روغن زیتون

روغن زیتون بخشی از نیاز های غذایی کشور ما را تأمین می کند که اگر از میوه ی سالم و با اصول صحیح استخراج و نگاهداری شود، علاوه بر خود کفایی غذایی، در پیش گیری و درمان انواع بیماری ها و بالا بردن سلامت جامعه نیز مؤثر خواهد بود. زیتون از 3500 سال  پیش از میلاد کشت می شده  و از آن زمان، برگ و میوه ی زیتون به علت وجود ماده ی بسیار تلخی به نام اولئوروپین، برای ترمیم زخم و میوه ی آن پس از تلخی زدایی با محلول های قلیایی یا آب نمک به عنوان غذا و تأمین انرزی بدن مورد استفاده قرار می گرفته است. زیتون، از آغاز تمدن یعنی 10000 سال پیش و حتّی از دوران توحّش نیز در گیاه درمانی کاربرد داشته است. اگر چه، میوه ی زیتون و روغن حاصل از آن در جیره غذایی مردم نقش دارد، اثرات در مانی آن در قسمت های مختلف بدن حایز اهمیت فراوان می باشد. در حال حاضر، مطالعات دارویی زیتون به طور جدّی مورد پی گیری قرار می گیرد. در این مقاله روش درست تهیه این روغن مورد بررسی قرارگرفته است. روغن هایی که  غیر اصولی و از میوه های زخمی و پوسیده در انبار تهیه شده باشند نه تنها ارزش درمانی ندارند بلکه مصرف آن ها برای افراد سالم نیز بسیار مضر می باشد. به طور خلاصه مي‌توان توضيح داد، روغن زيتون با افزايش ليپوپروتيين‌هاي دانسيته بالا (HDL) يا كلسترول خوب و پايين آوردن ليپوپروتيين هاي دانسيته پايين (LDL) يا كلسترول بد، به پايين آوردن كلسترول خون كمك مي‌كند.  این روغن اگر هنگام مصرف حرارت داده شود یا در معرض نور و اکسیژن هوا قرار گیرد، سودمندی خود را از دست خواهدداد. عصاره برگ زیتون فشار خون را پایین آورده و به عمل گردش خون در بدن کمک می کند. طیف درمانی روغن زیتون بسیارگسترده است. این روغن در دیابت، آماس مثانه، سنگ صفرا، بیماری های دستگاه گوارش، گردش خون به ویژه قلب، پوست اثر مفید فراوانی دارد. مصرف روغن زیتون برای جلوگیری از حمله قلبی سودمند است زیرا مانع لخته شدن خون در شریان می گردد. اوله او روپین موجود در برگ و میوه زیتون با غلظت پایین به عنوان یک ضد اکسایشی قوی محسوب می گردد. اولئوروپین استخراج شده از برگ زیتون یکی از داروهای ضد فشار خون مهمی است که در بعضی ازکشورها به صورت قرص تولیدو به مصرف پزشکی می رسد. قیمت این قرص ها بر حسب درجه خلوص آن ها متغیر است. روغن زيتون مانند كره و روغن ذرت يك چربي است. اين روغن يكي از دو روغني است كه از ميوه‌ استخراج مي‌‌گردد و بدون عمليات اضافي قابل مصرف مي باشد. درخت زيتون ابتدا در سوريه باستان به دليل اهميت ميوه‌ي آن كشت مي‌شد، كه به علت استفاده در پخت و پز، روشنايي و مصارف درماني توليد مي‌شده است. در دنياي قديم اين درختان در سراسر جهان انتشار داشته‌اند، و امروزه بيشتر در نواحي مديترانه يا مناطق با آب و هواي مشابه يافت مي‌گردند. تاكنون بيش از 900 رقم زيتون شناخته شده اند. ارقام زيتون از نظر مصرف به سه گروه تقسيم مي‌شوند كه عبارتند از: زيتون کنسروی، زيتون روغني و زيتون كيفي‌چاشني. بسياري از مردم تفاوت بين دو گروه آخري را تأييد نمي‌كنند. در آشپزي به جاي چربي‌هاي ديگر مانند كره، چربي حيواني و روغن ذرت مي‌توان از روغن زيتون بهره گرفت. از طرف ديگر روغن چاشني براي تهيه‌ي مخلفات غذايي، افزودني به سبزيجات و سالاد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روغن مانند سايرروغن‌هاي خوب زيتون در گروه چاشني طبقه بندي مي‌گردد. درختان زيتون را بر اساس نوع بهره برداري كه از آن‌ها مي‌شود، به دو نوع کنسروی و روغنی تقسیم مي‌كنند.

فردوس عادلی مسبب

اصلاح برنج به روش همجوشی یاخته های غیرجنسی

       همجوشی یاخته های غیر جنسی در اصلاح نباتات نقش مهمی به عهده دارند. در روش های دورگ گیری سنتی، وارد کردن ژن های مفید به گیاهان اصولا با آمیزش جنسی انجام می شود. درحال حاضر، واردکردن ژن های مناسب با این روش، نیازمند وابستگی به گونه های خویشاوندی مانند انواع بین گونه ای، بین نسلی و بین تیره ای است. در بیش تر مواقع، امتزاج های جنسی غیر ممکن می باشد. به همین دلیل، همجوشی یاخته های غیر جنسی برای چیرگی بر محدودیت های دورگ گیری جنسی، ابزار کارآمدی شده است.

نقش كشت بافت در توسعه كشاورزي

         نویسنده: فردوس عادلی مسبب                                                                                  

 

نقش كشت بافت در توسعه كشاورزي

 

كشت بافت عبارت است از كشت ياخته، بافت، پيش‌دش (protoplast) و اندام‌هاي گياهي در شرايط گندزدايي شده و در محيط غذايي مصنوعي در داخل لوله آزمايش. اكنون اين فناوري به عنوان يك روش پايه‌اي و يك ابزار محوري بسيار عالي در تكثير و اصلاح نژاد گونه‌هاي گياهي مهم اقتصادي موقعيت ويژه‌اي‌را كسب كرده است. كشت بافت گياهي در كشاورزي و باغباني نيز كاربردهاي عملي فراواني دارد. آزمايشگاه‌هاي ريزازديادي ساليانه ميليون‌ها نهال درختان و گياهان زينتي را توليد و به بازار عرضه مي‌كنند. كشت انتهاي شاخه يا مريستم به منظور توليد گياهان عاري از ويروس به طور گسترده‌اي در حال اجراست. كشت بساك، تخمك و همجوشي پيش دش‌ها در به‌نژادي با كاهش مدت زمان لازم و افزايش كارايي انتخاب، سرعت عمل را زياد كرده است و علاوه بر اين روش خوبي در درك فرايندهاي زادشناختي (Genetic)، تنكارشناختي (Physiology)، زيست شيميايي و زيست شناسي مولكولي به شمار مي‌رود. از طرف ديگر گياهان تراريخت كه از انتقال DNA خارجي به ياخته‌ها و پس‌از باززايي گياهي حاصل مي‌شوند، به سرعت در حال پيشرفت است  و تأثير اين محصولات در سلامت انسان در كشورهاي اروپايي و آمريكايي ترديدهايي را برانگيخته است.اگرچه دامنه‌ي چنين جنبش هايي به آسيا و آفريقا كشيده نشده است امّا به منزله‌ي هشداري براي همه‌ي ملل جهان تلقي مي گردد. اهداف اصلي اين تحقيق برمبناي تكوين گياهان تراژني مقاوم به حشرات، بيماري‌ها، خطر سرما و علف‌كش‌ها استواراست. همجوشي پيش‌دش‌ها (ياخته‌هاي فاقد ديواره) امكان تلاقي بين گونه‌اي را مقدور مي‌سازد. اين روش براي تلاقي‌هاي بين گونه‌اي اهلي و وحشي اهميت زيادي دارد، زيرا اولاً نسل اول آن‌ها فاقد رويان تكامل يافته و غير قابل رويشند و دوماً گونه‌هاي وحشي معمولاً داراي ژن‌هاي كنترل كننده مقاومت به آفات و بيماري‌ها و شرايط محيطي مي‌باشند. علاوه بر اين در بعضي از روش‌هاي انتقال ژن‌ و تهيه پيش‌دش‌ها يك مرحله‌ي ضروري بوده و دريچه‌ي تازه‌اي در اصلاح نژادي گياهان زراعي گشوده است. جدول 1 روش‌هاي مختلف كشت بافت و كاربرد آن را نشان مي‌دهد.

     روش‌هاي كشت بافت مبتني بر دو مرحله تمايز زدايي و تمايزيابي مي‌باشد. ياخته‌ها، بافت‌ها و اندام‌هاي گياهي در طي مرحله تمايز زدايي، توده‌هاي ياخته‌اي بي‌شكل و متراكمي به نام پينه را توليد مي‌نمايند و سپس در شرايط غذايي و محيطي مناسب تمايز يافته و بافت‌هاي مختلفي را ايجاد نموده و گياهان كاملي را به وجود مي‌آورند. به همين دليل كشت بافت در مسائل مربوط به رشد و تمايزيابي تحت شرايط باز توليدي به آزمايش‌هاي گياهي كمك گرانبهايي كرده است. كشت بافت در كشاورزي و باغباني نه تنها به منظور تكثير گياهان بلكه اهداف مربوط به جذب مواد غذايي خاك، مقاومت به شوري خاك، حذف عوامل بيماري‌زا، حفظ ذخاير گياهي ارزشمند در كشت‌ها و در درجه حرارت‌هاي پايين و اصلاح گياهان كاربردهاي عملي بسيار وسيعي پيدا كرده است. اهميت كشت بافت گياهي به اندازه‌اي است كه بسياري از دانشگاه‌هاي دنيا آن را در دوره‌هاي آموزشي پيشرفته و مقدماتي خود گنجانيده‌اند و حتي در بعضي از كشورها دوره‌هاي تخصصي ريزازديادي را در سطح توليد سازماندهي كرده اند.

     نظريه بس‌تواني (Totipotency) كه در سال 1838 توسط شليدين و شوآن پيشنهاد شد، نيروي محركه‌ي اصلي توسعه‌ي اين شاخه‌ي زي فن شناسي بوده است. بس تواني ياخته‌اي عبارت است از اين كه ياخته‌هاي گياهي در وظايفشان خود سازند و در اصل استعداد باززايي و توليد گياه كامل را در خود دارند. در ابتدا اين نگره فقط در ياخته‌هاي تخم و هاگ تأييد شد. پس از گذشت مدت زمان طولاني براي ياخته‌ها‌ي بدني نيز به اثبات رسيد. بنابراين، بس‌تواني به عنوان يكي از نشانويژگي‌هاي ياخته‌هاي گياهي، توان بالقوه‌ي بزرگي در به دست آوردن نوتركيب‌هاي زادشناختي محسوب مي‌گردد كه با صرف زمان و دشواري‌هاي بسياري با روش‌هاي به‌نژادي سنتي امكان‌پذير نبوده است. اكنون كشت بافت گياهي براساس چنين اصولي استوار گرديده و به سرعت در حال گسترش و ترقي مي‌باشد.

     رواج و كارآيي بالقوه‌ي روش‌هاي كشت بافت در اصلاح نژاد گياهي عبارت است از:(1) تكثير گروهي،(2) حذف عوامل بيماري‌زا،(3) نگهداري ذخايرتوارثي

 

 

 

 

 

جدول 1- روش‌هاي كشت بافت و كاربرد آن در تكثير و اصلاح گياهان

 

كاربرد	روش
گياهان تك لاد گياهان تك لاد گياهان تك لاد دورگ گونه‌هاي با فواصل نزديك و دوركه از نظر جنسي ناسازگارند دورگ‌هاي بدني بين گونه‌هاي دور و نزديك با ناسازگاري جنسي ريزازديادي سريع و حذف ويروس در گياهان ريزازديادي تكثير گياهي گياهان تغيير يافته‌ي مهم در كشاورزي تراريختي گياهي و توليد بذور مصنوعي توليد تركيبات شيميايي گياهي نگهداري دراز مدت منابع زادشناختي گياهي گياهان مهندسي شده به روش زادشناسي يا ترازايي	كشت بساك كشت ريزهاگ كشت تخمدان بارور نشده كشت رويان كشت پيش‌دش (پروتوپلاست) كشت مريستم كشت جوانه جانبي يا گره كشت سپرچه يا اسكاتولر تغيير ياخته‌هاي غيرجنسي رويان زايي بدني، نجات رويان كشت ياخته يا سوسپانسيون ياخته‌اي سرما نگهداري درون شيشه‌اي فنون بازتركيبي يا انتقال ژن

 

 

 

 به‌مدت زمان‌ طولاني، (4) توليد گياهان تك لاد (هاپلوييد)، (5) ايجاد و انتخاب تغييرات زادشناختي، (6) توليد محصولات ثانويه، (7) انتقال ژن، (8) دورگ‌گيري بين گونه‌‌‌اي و (9) مهندسي زادشناختي مولكولي گياهي.

 

كشت پينــه :

      پينه زايي يك مرحله‌ي بسيار مهمي از كشت بافت را تشكيل مي‌دهد و توليد پينه‌هاي رويان زا كه داراي قابليت باززايي گياهي باشند همواره با محدوديت هايي مواجه بوده‌است. از‌اين گذشته در مطالعات پينه‌زايي دو عامل مهم زادمون و محيط ( غذا، نور و حرارت) بيش از همه مورد توجه قرارمي‌گيرد. زادمون‌هاي يك گونه يا زيرگونه پاسخ‌هاي متفاوتي نسبت به كشت نشان مي‌دهند. براي توليد پينه از كشت قطعات يك بافت نامتمايز يا كاملاً تمايز يافته و تبديل آن به يك توده ياخته‌اي تمايز نيافته با ساختاري بي‌سازمان در محيط ‌هاي غذايي مصنوعي نيمه جامدي كه محتوي همه‌ي مواد غذايي پرمصرف، كم مصرف و ساكارز به اضافه‌ي تركيبات تنظيم كننده رشد به ويژه 2.4-D ، IAA  ،  NAA  كينيتين و يك ژل نيمه جامد كننده باشد، استفاده مي‌شود. قسمت‌هايي از گياه كه مي‌تواند كشت شود شامل قطعات ساقه، ريشه. ميان برگ(مزوفيل)، لپه، نوك شاخه، بافت گل، كامبيوم آوندي، فلس‌هاي پيازي، درون دانه، محور رويان، اشعه‌مركزي، پارانشيم آوندي، سپرچه، محور زيرلپه، بساك، ريزهاگ و تخمك يا تخمدان مي باشد. اگرچه اندازه، شكل، منابع گياهي يا زادمون گياه و شيوه‌ي كشت در القاي تشكيل پينه تأثير بسزايي دارد اما هر نوع قطعه‌ي زير كشتي در شرايط محيط غذايي با تركيبات ويژه اي و دورة نوري خاصي به كشت پاسخ مي‌دهد. دانشمندان سي سال پس از شناسايي تركيب 2 ,4-D به خواص هورموني آن پي بردند و از آن در تمايز زدايي و توليد پينه استفاده كردند. در حال حاضر استفاده از اين هورمون در پينه ز‌ايي به طور وسيعي رواج يافته است. در اغلب گياهان و قطعات زيركشت، القاي پينه‌ در 25 درجه سانتي‌گراد و در تاريكي انجام مي‌شود. پينه زايي از نشانويژگي‌هاي وراثتي محسوب مي‌گردد. علاوه بر اين عوامل تنكار شناختي ،منابع گياهي ، محيطي و تيمارسرمايي پيش از كشت به ويژه در كشت‌هاي مربوط به بساك و ريزهاگ و تخمك اهميت زيادي دارد.

كشت باززايي :

     ياخته‌هاي پينه به منظور شاخه زايي و توليد گياه كامل به محيط‌هاي غذايي ديگري كه از نظر تركيبات به ويژه ميزان و نوع هورمون‌ها با محيط‌هاي غذايي پينه‌زايي متفاوتند، در شرايط گندزدايي شده انتقال مي‌يابند. با تغيير نسبت‌ تنظيم كنندگان رشدي مي‌توان براي هر منبع گياهي، محيط غذايي باززايي مناسبي كه بيشترين بازدهي كشت را داشته باشد، تهيه كرد. در تمايزيابي پينه‌ها و به وجود آمدن اندام‌هاي نو پديد براي هر زاد موني دوره‌ي نوري و درجه حرارت معيني پيشنهاد شده است. همه‌ي پينه‌ها براي تبديل شدن به گياه كامل مناسب نيستند و فقط پينه‌هاي رويان‌زا كه اغلب دانه‌اي شكل، مدور، خشك و زرد كمرنگ هستند، بهتر پاسخ مي‌دهند. پينه‌هاي رويان‌زا پس از عمل تمايزيابي ،اندام‌هاي اوليه‌اي را به وجود مي‌آورند كه سپس به شاخه‌ها، ريشه‌ها، گل‌ها، جوانه‌ها و رويان‌ها تبديل مي‌گردند. در غلات محدوديت‌هايي از نظر باززايي گياهان زال مشاهده مي‌شود كه گاهي 90 تا 95 درصد توليد گياه را دربر دارد و براي جلوگيري از اين پديده نامناسب، تحقيقاتي در حال انجام است. باززايي پينه‌از مسائل بسيار پيچيده كشت بافت بوده كه در تعداد زيادي از گياهان، بدون حل باقي مانده است. متأسفانه تعداد زيادي از پينه هاي گونه ها و همجوشي بين گونه‌اي گياهان به باززايي پاسخ نمي دهند.

 

 

 

 

كشت بساك و ريزهاگ :

     فنون كشت بساك و ريزهاگ به عنوان يك ابزار اصلاحي كارآمد و صرفه‌جويانه اي در توليد خط‌هاي جور تخم (هوموزيگوت) گياهي در مدت زمان كوتاه در به‌نژادي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. گرده‌ي نارس يا ريزهاگ موجود در بساك در  كشت‌هاي يك مرحله‌اي مستقيماً توليدگياه را مي‌نمايد و در حالت دو مرحله‌اي ابتدا پينه را توليد مي‌كند و سپس در شرايط غذايي ديگري با نسبت هورموني متفاوتي به گياه باززايي مي شود. ريزهاگ‌هاي داخل بساك تك لادند و نيمي از كروموزوم‌هاي بدني را در اختياردارند. هنگامي كه در فرايند كشت بساك به ياخته‌هاي پينه و سپس به گياه كامل تبديل مي‌گردند، ياخته‌هاي بدني آن‌ها، تماماً تك لاد و در نتيجه گياه تك لاد خواهد بود و از آن جا كه اين گياهان نمي‌توانند تقسيم ميوز را انجام دهند، از طريق بذر قابل تكثير نيستند (در مواردي كه پينه‌ها از ديواره بساك به وجود آمده باشند و يا به طورخود به خودي دولاد شده باشند و توليد بذر نمايند، بارورند). بنابراين، اين گياهان بايستي تحت اثر ماده شيميايي كولشي سين به گياهان دولاد تبديل گردند كه در آن كروموزوم‌ها به صورت جفت‌هاي مشابه وجود خواهند داشت و تك لادهاي دو برابر يا دولادهاي نرزاد (گياهان گرده‌اي) جور تخم و خالصند و در خط‌هاي زادگيري (breeding) به منظور بروز صفات زاد شناختي مغلوب ساده يا جهش يافته مورد استفاده قرار مي‌گيرند. برتري اين روش در مقايسه با دورگ‌گيري سنتي عبارت است از :

1- كاهش مدت زمان لازم به‌نژادي با تثبيت جور تخمي

2-    افزايش بازدهي انتخاب به دليل احتمال بروز سريع ژن‌هاي مغلوب و پايداري ژن‌هاي نوتركيب بيشتر

3-    تغيير پذيري وسيع زاد شناختي از راه توليد گوناگوني هاي گامتوكلني

4-    حل مشكل عقيمي در تلاقي‌هاي دور.

تاكنون كشت بساك بيش از دويست گونه گياهي شامل غلات (جو، ذرت، چاودار، تري‌تيكال، گندم و غيره)، درختان ميوه (سيب ،گلابي، گيلاس،مركبات وبه)،  درختان جنگلي (صنوبر و اوكاليپتوس)، سبزيجات (كلم، هويج، خيار، ترب، بادمجان)، گياهان زراعي (چغندر و توتون) وگياهان دارويي نيز به كشت بساك پاسخ داده‌اند. تاتوره اولين گياهي  بود كه كشت بساك آن انجام شد. بازدهي كشت بساك به طور وسيعي به زادمون و ساختار زادشناختي گياه مادري و محيط كشت و شرايط نوري و درجه حرارت اتاق بستگي دارد. در كشت بساك غلات مدت زمان و درجه حرارت دوره سرما دهي و غلظت هورموني محيط غذايي كشت در ميزان توليد گياهان سبز تأثير مي‌گذارد. از مطالعه باززايي پينه‌هاي حاصل از نسل اول دورگ‌ها مي‌توان چنين استنباط كرد كه قابليت باززايي يك نشانويژگي وراثتي است و توسط ژن‌هايي هدايت مي‌شود. از اين گذشته در پينه‌هايي كه به منظور انتقال ژن با ذرات طلاي آغشته به DNA خارجي بمباران مي‌شوند و پينه‌هايي كه از پيش‌دش‌هاي امتزاج يافته حاصل مي‌گردند، باززايي به سختي انجام مي‌شود. پينه‌زايي و باززايي از مباحث اصلي پيشرفت و ترقي اين علم محسوب مي‌گردد كه فايق آمدن بر پيچيدگي‌ها و موانع آن‌ها پشتوانه قدرتمندي را در عرصه‌هاي كشاورزي نوين فراهم خواهد كرد. به دليل پايين بودن ميزان پاسخ گياهان به كشت بساك، دانشمندان تمام كوشش خود به بهبود محيط‌هاي غذايي كشت و بررسي زادمون‌هاي گياهي و يك مرحله‌اي كردن كشت متمركز ساخته‌اند. كشت بساك اولين بار در غلات و توسط ني‌اي‌زيكي (1967) در برنج انجام شد و تاكنون موفقيتهاي چشمگيري حاصل گرديده است، اما پاسخ اندك به پينه‌زايي و باززايي و فراواني گياهان زال (Albino) از مشكلاتي هستند كه محققان با آن‌ها روبرويند.

 

 

كشت رويان :

     هنگامي كه دامنه وسيعي از گونه‌هاي گياهي براي كارهاي عملي دورگ‌گيري مورد استفاده قرار مي‌گرفت، كشت رويان به عنوان يك ابزار با ارزشي براي توليد گياهان دورگ در تلاقي‌هاي دور رواج يافت. امروزه براي غلبه بر خواب بذر و عقيمي آن، نجات رويان تلاقي‌هاي دورگ‌هاي ناسازگار و باززايي گياه در داخل لوله آزمايش از روش كشت رويان نارس استفاده مي‌شود. در اين حالت رويان از بذور نارس يا نزديك به مرحله‌ي بلوغ جدا شده و در محيط غذايي مصنوعي كشت مي‌شود. علاوه بر استفاده از اين روش در تلاقي‌هاي بين گونه‌اي و بين جنسي كه معمولاً در مرحله نارسي انجام مي‌شود، از آن مي‌توان براي توليد پينه‌هاي رويان‌زا از رويان نارس و رسيده به منظور تهيه پيش‌دش (پروتوپلاست) يا انتقال ژن و DNA كه در زي فن شناسي مورد توجه فراوان قرار گرفته است، سودبرد. با  به‌كارگيري روش نجات رويان دوره زادگيري (به نژادي) از چندين سال به چند ماه كاهش يافته است و تلاقي‌هاي بين گونه‌اي در تعدادي از گياهان مهم اقتصادي مانند پنبه، جو، گوجه‌فرنگي و برنج به طور موفقيت آميزي توسعه يافته است. كشت رويان نارس فقط در محيط‌هاي غذايي ويژه‌اي پاسخ مي‌دهد و عواملي مانند افزايش فشار گذرندگي (اسموزي)، ميزان پتاسيم زياد، بالا بودن نيتروژن به شكل نمك آمونيوم اسيدهاي آلي، اسيد آبسزيك و كاهش فشار اكسيژن، جوانه‌زني زودرس را به تعويق مي‌اندازند. بنابراين علاوه بر رعايت اصول كلي تهيه محيط‌هاي غذايي كشت رويان بايستي به مواردي كه در بالا اشاره شد نيز توجه نمود.

    

 

 

 

كشت پيش‌دش‌ :

پيش‌دش‌ها ياخته‌هاي عرياني هستند كه ديواره‌ي ياخته‌اي آن‌ها به روش مكانيكي يا آنزيمي حذف شده باشد. موفقيت در تهيه پيش‌دش‌ها به مرحله‌ي تنكار شناختي منبع گياهي، آنزيم‌هاي مورد استفاده و فشار گذرندگي (اسموزي) محيط غذايي كشت بستگي دارد. سوسپانسيون ياخته‌اي منبع اصلي كشت پيش‌دش است كه از كشت پينه‌هاي حاصل از ياخته‌هاي جنسي و بدني شامل ريزهاگ، تخمك، رويان نارس و رسيده، ريشه، برگ، ساقه، گره و سپرچه (كلئوپتيل)، غده و دمبرگ در محيط غذاي مايع تهيه شده و سپس در محيط‌هاي غذايي محتوي آنزيم‌هاي سلولاز، پكتيناز، ماسروزيم، اسيدهاي آمينه، بازهاي اسيدنوكلئيك، هورمون‌ها، اسيدهاي آلي، قند، قند الكل‌ها، آب نارگيل ديواره‌ي ياخته‌اي حذف مي‌گردند و ياخته‌هاي مدوّرفاقد ديواره  به دست مي‌آيند. بازدهي و زيستايي پيش‌دش‌ها يعني توانايي توليد مجدد ديواره‌ي ياخته‌اي و آغاز تقسيم ياخته ، به عوامل گوناگوني نظير روش تهيه پيش‌دش، شرايط تنكار شناختي منابع گياهي (نمونه زيركشت و شرايط رشد)، نوع و غلظت آنزيم‌ها، تركيب محيط غذايي كشت، استحكام غشاي ياخته‌اي (پلاسمالما) و غيره بستگي دارد. از بعضي اندام‌هاي گياهي به ويژه برگ مي‌توان مستقيماً پيش‌دش‌ها را تهيه كرد. اين ياخته‌ها به علت از دست دادن خاصيت نيمه‌تراوايي خود بايستي در محيط غذايي ويژه‌اي كه فاقد آنزيم‌ها و مواد تجزيه كننده سلولزي و پكتيني است، قرار گيرند و پس از چند روز ديواره‌ي سلولزي را باززايي نمايند و آنگاه در محيط‌هاي غذايي پينه‌زايي و باززايي كشت شده و گياه كاملي را توليد نمايند. باززايي گياهي از پيش‌دش‌ها  وسيله‌ي پرارزشي را در اصلاح گياهان زراعي فراهم‌كرده است.

دورگ‌گيري ياخته‌هاي بدني به روش همجوشي پيش‌دش‌ها انجام مي‌شود و كاربرد آن عبارت است از :

1-                 توليد گياه از دورگ‌هاي بين گونه‌اي با ناسازگاري جنسي.

2-                 توليد دورگ‌هاي سيتوپلاسمي (سيبريد) و انتقال ژن كلروپلاست از يك والد و ميتوكندري از والد ديگر و دسترسي به تغيير پذيري سيتوپلاسمي شامل نوتركيبي بين اندامك‌هاي ياخته‌اي به ويژه ميتوكندري.

3-                 توليد خط‌هاي نرعقيم سيتوپلاسمي.

4-                 انتقال DNA، اندامك‌هاي ياخته‌اي نظير كلروپلاست‌ها، كروموزوم‌هاي جدا شده، باكتري‌ها، پلاسميدها و غيره به منظور ايجاد گوناگوني‌هاي زاد شناختي ياخته‌ها، تراريختي پيش‌دش‌ها با استفاده از همجوشي آن‌ها با پلاسميد T i جدا شده فعاليت جالب توجه ديگري براي انتقال ژن است.

از همجوشي پيش‌دش‌ها، دورگ‌هاي هسته‌اي و سيتوپلاسمي حاصل مي‌گردد كه باززايي آن‌ها در مراحل مختلف تقسيم ياخته و در حين پينه‌زايي و تشكيل گياه مي‌تواند رخ دهد. اين دورگ‌هاي بدني ژن‌هاي هسته هر دو والد و سيتوپلاسم هر دو يا فقط يك والد را دارند. بنابراين در گياهان حاصل از دورگ‌هاي بدني تفرق صفات وجود دارد و در نتيجه چنين گياهاني داراي ژن‌هاي هسته‌اي هر دو والد و سيتوپلاسمي يك والد را مي‌توانند همراه داشته باشند.

 

سوسپانسيون ياخته‌اي :

     كشت‌هاي سوسپانسيون ياخته‌اي عموماً به منظور تهيه ياخته‌ها يا توده‌هايي از آن‌ به شكل ياخته‌هاي منفرد و جدا از هم، از كشت بافت‌هاو پينه‌ها در محيط‌هاي غذايي مايع و در حال به هم زدن روي تكان دهنده‌هاي مكانيكي در درجه حرارت ثابت و شرايط نوري تعيين شده انجام مي‌شود. ياخته‌هاي پينه در محيط غذايي مايع به دليل تماس نزديك با مواد غذايي و هورمون‌ها داراي ميزان رشد و تكثير بيشتري نسبت به محيط نيمه جامدند و در زمان‌هاي تعيين شده (براي پينه‌هاي برنج هر 7-4 روز) بايستي واكشت شوند تا اولاً محيط غذايي تازه در دسترس ياخته‌ها قرار گيرد و دوماً ياخته‌هاي مرده خارج شوند و سوماً ميزان ياخته‌هاي توليد شده نسبت به مقدار محيط غذايي تنظيم گردد. از سوسپانسيون‌هاي ياخته‌اي در تهيه پيش‌دش‌ها، باززايي گياهي از طريق اندام زايي يا رويان زايي در ريزازديادي ممكن است استفاده شود. براي بنا نهادن كشت‌هاي سوسپانسيون ياخته‌‌اي، پينه‌هاي تمايز نيافته‌اي كه در محيط غذايي القاي پينه نيمه جامد تهيه شده اند را به محيط غذايي مايع انتقال مي‌دهند. كشت‌ها روي تكان دهنده‌هاي چرخشي با سرعت 120-90 دور بر دقيقه در مدت زمان‌هاي معيني در تاريكي يا روشنايي و شدت نور معيني قرار داده مي‌شوند. توده‌هاي ياخته‌اي ريز يا ياخته‌هاي منفرد معلق در محيط غذايي مايع را به روش صاف كردن از محلول جدا كرده و همراه با كاغذ صافي روي محيط غذايي القاي رويان كشت مي‌دهند تا اين كه پينه‌هاي ثانويه توسعه يابند و گياهان تشكيل شوند.

 

كشت مرسيتم :

     فناوري كشت مريستم عبارت است از كشت مريستم‌ جوانه‌هاي انتهايي و محوري شاخه‌هاي گياهان در محيط‌هاي غذايي محتوي سيتوكنين‌ زياد و توليد گياهان كامل، كه براي بسياري از گياهان زراعي به ويژه آن‌هايي كه به روش تكثير رويشي ازدياد مي‌يابند مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روش براي حذف ويروس به ويژه در سيب‌زميني كه بيش از 20 نوع ويروس در آن شناسايي شده است كاربرد دارد. مريستم توده‌اي از ياخته‌هاي در حال تقسيم فعال و تمايز نيافته به قطر 1/0 ميلي‌متر و طول 25/0 ميلي‌متر است كه فاقد سازگان آوندي بوده و بنابراين جمعيت ويروسي در آن‌ها پايين است و اغلب اين ويروس ها به گياهان حاصل انتقال نمي‌يابند. گياهچه‌هايي كه در آزمايشگاه تهيه مي‌شوند از لحاظ زادشناختي همانند والد خود هستند و براي تكثير سريع ذخاير بذري سيب‌زميني و عمليات شيمي درماني و گرما درماني كه بازدهي حذف ويروسي را بهبود مي بخشند به عنوان  مواد اوليه محسوب مي‌گردند. علاوه بر سيب‌زميني بسياري از گياهاني كه آلودگي به ويروس در آن‌ها مشاهده شده است مانند چغندر قند، توت فرنگي، سيب‌زميني شيرين، گل كلم، موز  و گياهان ديگري كه از طريق رويشي تكثير مي‌يابند، اين روش براي حذف ويروس مناسب است. در حال حاضر فنون كشت مريستم در تكثير انبوه، حذف عوامل بيماري‌زا و حفظ ذخاير توارثي مورد استفاده قرار گرفته است.

 

ريزازديادي:

     بسياري از بوته ها، درختچه ها و درختان ناجورتخمند و در زاده هاي بذريشان تفرقه داشته يا بذر توليد نمي كنند و نيز ممكن است بذورحاصل از آن ها داراي دوره‌ي خواب طولاني باشد. بنابراين براي حفظ خلوص زادشناختي اين گياهان از روش تكثير غير جنسي يا رويشي مانند قلمه زني، پيوند زني، خوابانيدن شاخه و كشت بافت استفاده مي شود. توليد مثل غير جنسي به روش كشت بافت را ريزازديادي يا تكثير كلني مي گويند.در حال حاضر فن‌آوري ريزازديادي به طور تجارتي باسود بسيار عالي براي توليد هرساله ميليون ها نهال در سراسر جهان مورد بهره برداري قرار مي گيرد. ريزازديادي به علت توليد نهال‌هاي يكنواخت در مدت زمان هاي نسبتاً كوتاه ودر فضاي تقريباً اندك اهميت اقتصادي فراواني كسب كرده است. فنون كشت بافت براي ازدياد گياهان يكي از مهيج ترين و با اهميت ترين فعاليت هاي اين علم است كه از طريق باززايي اتفاقي (ميا نگره، لبه‌ي برگ، لپه، منطقه‌ي رشد طولي ريشه كه به طور طبيعي مريستم تشكيل نمي شود) و نوپديد (پينه ها و ياخته‌ها) تحقق مي يابد. اين روش در حال حاضر براي بسياري از گياهان زينتي و گلدار مانند اركيده، رز، سبزيجات، سيب زميني و درختان ميوه مانند اوكاليپتوس در حال بهره برداري است. در سال 1993 حدود 501 آزمايشگاه كشت بافت گياهي در سراسر جهان وجود داشته است. در اروپا بيش از 172 شركت ريز ازديادي و 1800 خط توليد كشت بافت مختلف در حال فعاليت بوده است(ريو راديان،1994). مطابق برآورد سال 1990 ، بيش از 300 ميليون نهالي كه هر سال از طريق كشت بافت در جهان توليد مي‌شود، متعلق به كشور هاي نيوزيلند، انگلستان، ايالات متحده آمريكا و ساير كشورهاي اروپايي بود(اگراول، 1996). بنا به گزارش استفان (1993) در سال 1991 بيش از 600 ميليون نهال با روش ريز ازديادي توليد شد. توسعه‌ي صنعتي در كشورهاي پيشرفته شيوه هاي توليد كشاورزي را نيز دگرگون ساخته و حتّي توليد نهال نيز به روش هاي سابق صورت نمي گيرد بلكه با استفاده از كشت بافت به هر تعداد نهال لازم مي توان دست يافت.

 

انتقال ژن :

     در سال‌هاي اخير پيشرفت هاي زيست شناسي ياخته‌اي و مولكولي در زادشناسي گياهي شوق جديدي را بر انگيخته است. وارد كردن ژن هاي خارجي به ياخته هاي گياهان عالي و بروز نشانويژگي‌هاي كنترل شده توسط آن هدف اساسي تراريخت سازي زادشناختي گياهي براي بسياري از گياهان مهم اقتصادي بوده است. تاكنون انتقال مستقيم ژن نو تركيب خارجي به پيش دش‌هاي گياهي به طور عملي تحقق يافته و با‌ اين روش ياخته هاي تراريخت گندم، جو، ذرت و برنج انجام شده است. تراريختي برنج اولين بار توسط يوشي ميكا در سال 1986 به موفقيت انجاميد. شرط اوليه انتقال ژن خارجي به پيش دش‌ها، امكان باززايي و القاي تشكيل گياه از اين ياخته هاي عريان است. به طوري كه پيش‌دش‌ بسياري از گونه هاي گياهي باززايي نمي شوند و براي تهيه گياهان تراريخت مناسب نيستند. روش استفاده از تفنگ بيوليستيك براي بمباران مستقيم بافت برگ يا پينه با ذرات تنگستن از سال 1987 ابداع گرديده است. اين فن‌آوري نيازمند ياخته‌هايي است كه DNA خارجي بتواند با DNA كروموزومي آن‌ها امتزاج يابد و در تقسيم شركت نمايد. ياخته‌هاي رو پوستي (اپيدرمي) پياز و سپس ذرت اولين بار به عنوان ريزپرتابي‌هايي انتخاب شدند كه DNA خارجي توسط ذرات4 ميكرومتري تنگستن به ياخته هاي آن ها انتقال يافت. روش ديگر انتقال DNA به ياخته هاي گياهي توسط باكتري خاكزي (اگروباكتريوم) انجام مي شود كه بطور مداوم در آزمايشگاه‌هاي زي‌فن‌شناسي مورد استفاده قرار مي گيرد. به طور كلي مراحل مهندسي‌زاد شناختي عبارتند از: واردكردن يا انتقال D  NA خارجي به داخل ياخته، ايجاد گروه هاي تراريخت شده، باززايي گياهچه از ياخته هاي تراريختي و تحليل زاد شناختي گياهان حاصل. در حال حاضر به جاي تنگستن از طلا نيز استفاده مي شود. 

 

سپاسگزاري :

     از همكاران مركز كامپيوتر مؤسسه‌ي تحقيقات برنج كشور به ويژه از خانم  سيده هما هاشمي وعلي نژاد جهت تايپ كامپيوتري و جناب آقاي بهزاد عابديني بپاس ويرايش سپاسگزاري مي‌نمايم.

منابع:

1.    عادلي مسبب، ف(1378)، اصلاح  برنج به روش كشت بساك و توليد گياهان تك لاد ، مجله سنبله شماره هاي109 و 110

2.                     R.A.Dixon and R.A. Gonzales (1996) Plant Cell Cultue, Oxford New York.

A.R.Mehta (1990), Handbook of Plant Tissue and Cell culture, Department of Botany, the MS.University, BARODA.   

فردوس عادلی مسبب

 

 

 

 عنــوان  : بررسي كيفيت دانه‌دراصلاح برنج  

پيـش‌گفتـار 

            برنج زراعي گياهي است يك ساله و به دو صورت آبي و ديم كشت مي‌شود. از لحاظ رده‌بندي گياهي به جنس اوريزا، تيره گندميان، راسته‌ي سبوس داران، رده‌ي تك لپه‌اي‌ها و شاخه‌ي نهاندانگان تعلق دارد. جنس اوريزا شامل 21 گونه است كه 2 گونه‌ي زراعي آن، اوريزا ساتيوا ال. از گونه‌ي وحشي يك ساله‌ي اوريزا نيوارا منشأيافته و در آسيا و بسياري از نقاط جهان كشت مي‌شود و اوريزا گلابريما استود از گونه‌ي وحشي يك ساله‌ي اوريزا برويلي گولاتا تكامل يافته و در آفريقا (جنوب) به ميزان محدودي مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد. اوريزا نيوارا خود از گونه وحشي پاياي اوريزا روفي پوگون و نيز اوريزا برويلي‌گولاتا از گونه وحشي پاياي اوريزا لويي‌جيس‌لامي‌ناتا حاصل گرديده است كه همه آن‌ها داراي 12 جفت كروموزمند. 8 گونه‌ي وحشي جنس اوريزا داراي 24 جفت كروموزوم هستند. اوريزا ساتيوا به مرور زمان در اثر تمايز يابي به دو زيرگونه هندي و ژاپني تكامل يافته است. در حالي كه در اوريزا گلابريما چنين تنوعي مشاهده نشده است.

            گياه برنج در مناطق از 53 درجه شمالي تا 40 درجه جنوبي و از زمين‌هاي هم‌سطح دريا تا ارتفاعات 3000 متري و از نواحي معتدله تا گرمسيري رشد مي‌كند. تاريخ زراعت آن به 10000 سال پيش مي‌رسد و در اين مدت طولاني پروره‌هاي (Cultivars) بسياري از آن فراهم گرديده است و به‌ويژه با توسعه و پيشرفت تحقيقات برنج و استفاده از دورگ‌گيري و فن‌آوري جديد مانند كشت بساك، كشت پيش دش (Protoplast)، انتقال ژن و DNA دايماً بر تعداد آن‌ها افزوده مي‌شود.

            كيفيت دانه از مهمترين اهداف به‌نژادي برنج در بسياري از كشورهاست و حتي در بعضي از برنامه‌هاي زادگيري (Breeding) به كيفيت بيش از افزايش توليد در واحد سطح اهميت داده مي‌شود. هدف اصلي كيفيت برنج انتخاب ارقام و خط‌هايي است كه مناسب‌ترين حالت پخت و خوراكي آن به شكل دانه و آرد فراهم شده باشد. البته گندم و ذرت بيشتر به صورت آرد مصرف مي‌شوند، امّا برنج بايستي پس از پخت، دانه‌ي آن شكل خاصّي را حفظ كند و دانه‌ها به هم نچسبيده مورد استفاده قرار گيرند. كارخانجات برنجكوبي اغلب در استانهاي گيلان و مازندران استقرار يافته‌اند كه در طي عمليات دو مرحله‌اي پوست‌كني و سبوس‌گيري شلتوك، برنج سفيد قابل مصرف را توليد مي‌كنند. در مرحله‌ي پوست‌كني شلتوك، پوسته‌ي اول يا پوسته‌ي سخت (Hull) جدا مي‌گردد و برنج قهوه‌اي به دست مي‌آيد. پوسته از ضايعات دور ريختني محسوب گرديده و اغلب نابود سازي آن براي كارخانجات مشكلاتي را ايجاد كرده است، اما در بعضي از كشورهاي جنوب شرقي آسيا از انرژي گرمايي آن استفاده مي‌شود و در ژاپن از خاكستر حاصل از سوخت اين پوسته مواد پرارزشي مانند سيليسيم با درجه خلوص بالا توليد و در ساخت نوعي سراميك نيز استفاده مي‌شود. پوسته دوم يا پوسته نرم يا سبوس (Bran) كه از مرحله سبوس‌گيري فرآيند تبديل در كارخانه حاصل مي‌گردد در كشور ما به ميزان محدودي به مصرف غذايي دام و طيور مي‌رسد، اما در كشورهاي داراي فن‌آوري برتر از آن به منظور توليد روغن خوراكي نيز استفاده مي‌شود. اين نوع روغن به دليل وجود تركيب اوريزانول بيشتر و اسيدلينولينيك كمتر نسبت به روغن سويا برتري دارد.

            مهمترين نشانويژگي‌هاي كيفيت برنج مربوط است به بخش درون دانه‌ي نشاسته‌اي (آندوسپرم نشاسته‌اي) آن يعني تركيبات نشاسته و پروتئين و 2- استيل -  1- پيرولين. بنابراين، مطالعه ساختار درون دانه، تركيبات و نيز خواص شيميايي و فيزيكي نشاسته، محتويات پروتئين، تركيب عطري 2- استيل – 1- پيرولين و زادشناسي آن‌ها در به‌نژادي از با اهميت‌ترين مباحثي هستند كه در كيفيت برنج ارزيابي مي‌شوند.

            شاخص‌هاي مهم كيفيت برنج در همه كشورهاي توليد كننده برنج از جمله ايران عبارتند از :  درصد سبوس، درصد برنج قهوه‌اي، درصد كل برنج سفيد (برنج سالم + خرده برنج)،درصد برنج سالم، دانه‌هاي گچي و شكم سفيدي، پروتئين، نشاسته (آميلوز و آميلوپكتين)، درجه حرارت ژلاتيني نشاسته  (GT)، پيوستگي ژل نشاسته (GC) و عطر برنج.  پنج نشانويژگي آخري در اين مقاله  بررسي خواهد شد. چون اين نشانويژگي‌ها اغلب تحت تأثير شرايط محيطي و زادشناسي قرار دارند و اندازه‌گيري‌هاي شيميايي كيفيت برنج به اندازه كافي توسعه نيافته، استفاده از نشانگرهاي مولكولي نيز تاكنون خيلي مفيد واقع نشده است، اگرچه تحقيقات DNA در اين زمينه با كنجكاوي فراوان دنبال مي‌شود، اما نتايج آن زياد هم رضايتبخش نيست و همواره مشكلاتي وجود دارد. علاوه بر اين سطح پايين چند ريختي زير گونه‌ها، تهيه‌ي نقشه ژني را در انواع تلاقي‌ها دشوار ساخته است.

 

ساختار درون دانه‌ي نشاسته‌اي برنج

            در فرآيند تبديل شلتوك به برنج سفيد قابل مصرف، پوسته‌ي خارجي آن كه شامل لما و پاله‌آ مي‌باشد در دستگاه پوستكن جدا مي‌شود و محصول را در اين هنگام به دليل رنگ قهوه‌اي پوشش سطح دانه، برنج قهوه‌اي مي‌گويند. در بعضي از ارقام اين پوشش به رنگ قرمز بوده و به برنج قرمز معروف است كه گاهي اوقات به آن برنج هرز نيز گفته مي‌شود و به كشاورزان خسارت وارد مي‌سازد. مرحله‌ي بعدي تبديل در دستگاه سفيد‌كن انجام مي‌شود كه در طي آن برنج قهوه‌اي به برنج سفيد قابل مصرف غذايي انسان تبديل مي‌گردد، به همين جهت كليه مراحل چنين عملياتي را ‹‹تبديل برنج›› گويند. در اين فرآيند محصول جانبي ديگري به نام سبوس يا كپك حاصل مي‌شود كه شامل لايه‌هاي پريكارپ، پوشش دانه، بافت خورش، قسمتي از آلورن و جنين است. درجه تبديل برنج نشان مي‌دهد كه تا چه اندازه اين پوشش جدا شده است. وزن مخصوص ظاهري برنج سفيد 85/0 – 78/0 و وزن مخصوص واقعي آن 46/1 – 43/1 گرم بر سانتي‌مترمكعب مي‌باشد.درصورتي‌كه وزن مخصوص‌ظاهري شلتوك برنج64/0 – 56/0 و  وزن مخصوص واقعي آن 23/1-17/1 گرم برسانتي‌متر مكعب است. برنج سفيد 77-61 درصد دانه شلتوك را تشكيل مي‌دهد كه در واقع همان درون دانه‌ي نشاسته‌اي است.

            درون دانه‌ي نشاسته‌اي شامل دو بخش آلورن و مركزي مي باشد. بخش آلورن به دو تا هفت لايه از بيروني‌ترين ياخته‌هايي كه سطح درون دانه را مي‌پوشاند گفته مي‌شود. بخش مركزي شامل اندوخته‌ي نشاسته‌اي دانه است. در غشاي ياخته‌هاي آلورن سه نوع اجسام پروتئيني حضور دارد كه تنها مشابه‌ي يك نوع آن در بخش مركزي ديده مي‌شود :  اجسام پروتئيني كروي شكل بزرگ كه در هر دو بخش مشتركند، داراي 2-1 ميكرومتر قطر است. اين اجسام قابل آب كافت (هيدروليز) با پپسين بوده و فقط به مقدار اندكي در پروتئاز هضم مي‌شوند (جوليانو، 1984). اجسام پروتئيني نوع دوم بخش آلورن كروي شكل كوچك به قطر 7/0-5/0 ميكرومتر و به صورت حلقه‌هاي متراكم وجود دارد كه به طور كامل در پپسين و پروتئاز قابل هضم است. اجسام پروتئيني نوع سوم متبلور مي‌باشد كه به صورت يك شبكه‌ي بلوري قرص مانندي به قطر 5/3-2 ميكرومتر است و در شرايط pH مناسب در آنزيم پپسين به طور كامل و در پروتئاز به مقدار اندك هضم مي‌شوند.

            بخش مركزي يا درون دانه‌ي نشاسته‌اي بيش از 61 درصد وزن دانه شلتوك را در بردارد و اندوخته اصلي غذايي برنج است. درون دانه‌ي مركزي مركب از دانه‌هاي نشاسته‌اي چند وجهي بزرگ به اندازه‌ي 9-3 ميكرومتر بوده و اطراف اين دانه‌ها را بسته‌هاي كوچك مواد پروتئيني متراكم فرا گرفته است. اين مولكول‌هاي پروتئيني علاوه بر اطراف دانه‌هاي نشاسته، فاصله‌ي بين آن‌ها را نيز پر مي‌كند. سيتوپلاسم ياخته‌هاي درون دانه‌ي مركزي برخلاف بخش آلورن دوام چنداني ندارد، زيرا به احتمال زياد پس از رسيدن دانه، اين بخش درون دانه به بافت مرده تبديل مي‌شود. پروتئين اصلي بخش مركزي از نوع پروتئين كروي بزرگي است كه در آلورن نيز يافت مي‌گردد و همان‌طور كه بيان شد، پپسين اين ساختار را بخوبي آب كافت مي‌كند، در حالي كه پروتئاز فقط شبكه‌ي آندوپلاسمي دانه‌دار و ريبوزوم‌هاي آزاد را متلاشي مي‌سازد. ياخته‌هاي پارانشيمي درون دانه‌ي نشاسته‌اي داراي ديواره‌ي نازك است كه معمولاً در مقطع عرضي به طور شعاعي طويل شده و در آن نشاسته و پروتئين اندوخته مي‌گردد (جوليانو، 1984).

 

تغييرات درون دانه‌ي نشاسته‌اي در دوره‌ي نموّ دانه برنج

            عمل گرده افشاني برنج مستلزم باز شدن لما و پاله‌آ  تحت تأثير درجه حرارت و شدت نور است كه در ساعات معيني از روز رخ مي‌دهد، در مزارع تحقيقاتي مؤسسه تحقيقات برنج كشور واقع در جنوب شهر رشت اين عمل در تابستان درساعات12-10 صبح انجام مي‌شود و چهار ساعت پس از گرده افشاني هسته‌هاي مولد درون دانه‌ي نشاسته‌اي نخستين تشكيل مي‌شود و درون دانه‌ي نشاسته‌اي سريع‌تر از رويان رشد مي‌كند. 48 ساعت پس از گرده‌افشاني، درون دانه‌ي اوليه شامل 80-50 هسته مي‌گردد. 3 روز پس از باروري يك لايه‌ي چندين هسته‌اي اطراف كيسه رويان را فرا مي‌گيرد. چهار روز بعد از آن لايه‌هاي ياخته‌اي از انتهاي كيسه روياني شروع به تشكيل مي‌نمايند و اطراف رويان را به طور كامل فرا مي‌گيرند. پنج روز پس از گرده‌افشاني كيسه‌ي روياني از ياخته‌هاي درون‌دانه‌ نشاسته‌اي پر مي‌گردد و 9 روز پس از آن تقسيم ياخته‌هاي دروني دانه كامل مي‌شود و تعداد ياخته‌هاي درون‌دانه به 180000 عدد مي‌رسد و تعداد كل اين ياخته‌ها در زادمون‌هاي (Genotypes) مختلف برنج بين83100 تا 231800عدد متغير است. البته عوامل محيطي و غذايي خاك را نيز درآن نبايد بي‌تأثير انگاشت. ابتدا دانه‌هاي نشاسته در آميلوپلاست‌هاي منفرد شروع به تشكيل شدن مي‌نمايند و آن‌گاه در بخش مركزي درون دانه، توده‌هاي بهم پيوسته‌اي را به وجود مي‌آورند. بزرگ شدن اندازه دانه‌ها در ياخته‌هاي بيروني‌تر به آهستگي صورت مي‌گيرد و در نتيجه اندازه اين دانه‌ها هميشه كوچكتر از آن‌هايي است كه در ياخته‌هاي داخلي‌تر قرار دارند. اندازه‌ي دانه‌هاي نشاسته  در لايه آلورن كه با سرعت كمتري تشكيل مي‌شود حدود 10 ميكرومتر است، اما در بخش درون دانه 10 روز پس از شروع نشاسته‌سازي به 39 ميكرومتر مي‌رسد.

 

كيفيت برنـج

            هدف اصلي اصلاح نژادي برنج عملكرد يا ميزان محصول دانه در واحد سطح است كه خود با توجه به مقاومت نسبت به آفات، بيماري‌ها و تحمل شرايط نامناسب خاك مانند شوري، سولفاتي، گچي و غيره تحقق مي‌يابد. اما جوليانو (1984) پس از بررسي كيفيت دانه در 11 كشور بزرگ توليد كننده برنج پيش‌بيني كرده بود كه در آينده كيفيت دانه بيشتر از عملكرد مورد توجه قرار خواهد گرفت. به فروش نرسيدن ارقام اصلاح شده و ناياب شدن ارقام محلي خوش كيفيت ايراني در سال‌هاي 78 و 79 با توجه به اين كه بسياري از ارقام اصلاح شده كه كيفيت مناسبي نداشتند و در دست كشاورزان باقي مي‌ماند، نشان‌داد كه كيفيت بيش از پرمحصولي بايستي مورد توجه قرار گيرد و اين لازمه‌اش آن است كه تركيبات و خواص مؤثر در كيفيت به خوبي شناخته شوند، روش‌هاي اندازه‌گيري سريع و ساده به اندازه‌ي كافي توسعه يابند، زاد شناسي (Genetics) تلاقي‌ صفات به خوبي شناخته شده باشد، از مهندسي زادشناختي و غيره نيز به طور مناسب استفاده گردد. برنج‌هاي محلي 2 تا 5/2 برابر ارقام اصلاح شده و 3 الي 4 برابر برنج وارداتي به فروش مي‌رسد. بنابراين تدوين چنين نوشته‌اي ضرورت يافت تا نشانويژگي‌هاي كيفيتي برنج هم براي توليدكنندگان و هم براي مصرف كنندگان و هم محققان اصلاح نژاد روشن شود.

 

1- نشاسته‌ي برنج و نشانويژگي‌هاي وراثتي آن

درون دانه‌ي برنج از 91-84 درصد نشاسته، 15-7 درصد پروتئين و دو درصد
مواد چربي، ويتامين‌ها، مواد معدني تشكيل شده است كه وجود مقادير بسيار اندك
2- استيل-1- پيرولين عطر مطبوع برنج را ايجاد مي‌كند نيز حايز اهميت فراوان مي‌باشد. به همين جهت اين قسمت دانه برنج سفيد را كه به مصرف غذايي مي‌رسد، درون دانه‌ي نشاسته‌اي مي‌گويند كه در ارقام گوناگون محتويات نشاسته و پروتئين متفاوت و داراي غلظتهاي مختلف 2- استيل –1- پيرولين بوده‌كه  تفاوت‌هاي كيفي در آن را پديد آورده  است. اندوخته‌هاي نشاسته در دانه‌ي برنج شامل تركيبات پرپاري (Polymeric) از‌قندهاي شش كربني بوده كه در درون دانه‌ي نشاسته‌اي آن مراحل پرپارسازي وقوع يافته است. دو نوع محصول پرپاري نشاسته شامل آميلوز با مولكول‌هاي زنجيري مستقيم الــخطي از پيوند 4،1- a داراي 2200-2000 واحد تك پار شناسايي شده است. نسبت آميلوز به آميلوپكتين يك شاخص كيفي مهمي محسوب مي‌گردد. نظر به اين‌كه در تعيين اين نسبت، اندازه‌گيري آميلوز و آميلوپكتين ضروري است و از طرف ديگر به دليل زياد بودن تعداد نمونه‌هاي مورد اندازه‌گيري و مطرح بودن روش‌هاي ساده و سريع، متخصصين به‌نژادي مجبورند فقط به اندازه‌گيري مقدار آميلوز اكتفا نمايند. مطالعات زادشناختي برنج منجر به كشفيات بسياري شده كه بعضي از آن‌ها مربوط به صفات كيفيتي هستند عبارتند‌از: برنج فاقد آميلوز (ژن واكسي يا wx )، آميلوز پائين (ژن du )، آميلوز بالا
(ژن ac ) و اثر مواد قليايي بر روي دانه (ژن alk ). بعضي از خواص بسيار مهم نشاسته مانند درجه حرارت ژلاتيني، پيوستگي ژل و افزايش طول دانه پس از پخت از نشانويژگي‌هاي زاد شناختي به حساب مي‌آيند كه درتلاقي‌هاي برنامه اصلاح نژادي ماهيت وراثتي و گوناگوني خود را نشان مي‌دهند. زادشناسي به درك وراثت و تغييرات محتويات آميلوز و خواص شيميايي و فيزيكي نشاسته در جهت اصلاح ارقام خوش كيفيت برنج‌كمك بزرگي كرده است.

 

1-1-                            آميلــوز

گياهان سبز از تركيب آب و CO₂ با استفاده از نور خورشيد و سبزينه در طي مراحل فتوسنتز، كربوهيدرات‌ها را توليد مي‌نمايند. انرژي لازم براي تشكيل اين تركيبات از نور خورشيد تأمين مي‌گردد.  ابتدا گلوكز و سپس در اثر پرپار شدن آن‌ها درشت مولكول‌هايي مانند نشاسته و سلولز به‌وجود مي‌آيد. درجه حرارت هوا و مواد غذايي خاك كه توسط گياه جذب مي‌شود، در پرپار شدن گلوكز به ويژه در نوع ايجاد پيوند‌هاي گلوكزيدي و درجه پرپارسازي تأثير دارد. البته اين عوامل محيطي در چگونگي ساختار نشاسته تغيير اندكي ايجاد مي‌كند و عوامل زاد شناختي تأثير اصلي و قاطعي را به نمايش مي‌گذارد.

نشاسته ماده غذايي اصلي دانه‌ي برنج است كه خود به دو تركيب آميلوز و آميلوپكتين تقسيم مي‌شود. آميلوز از تك پارهاي D -  گلوكز  با  پيوندهاي  4،1-a تشكيل شده است كه هر واحد آن از طريق كربن‌هاي شماره 1 و 4 به واحدهاي ديگر پيوند يافته و خواص شيميايي و فيزيكي ويژه‌اي به آن داده است كه به طور شگفت‌آوري در كيفيت دانه غلات به ويژه برنج تنوع ايجاد كرده است. آميلوز داراي زنجيرهاي بدون شاخه يا كمتر شاخه‌دار متصل به آنزيم و محلول در آب و قابل آب كافت شدن به گلوكز و مالتوز مي‌باشد. برعكس آميلوپكتين داراي سا‌‌ختار بسيار شاخه‌اي با زنجيرهاي كوتاه 25-20 واحدي D -  گلوكز توسط پيوندهاي 6،1- a  به زنجير اصلي اتصال يافته و در آب نامحلول است. بنابراين در آميلوپكتين دو نوع پيوند 4،1- a و 6،1- a وجود دارد و در اثر آب كافت شدن به مالتوز تبديل  مي‌گردد. عموماً 36-1 درصد نشاسته اندوخته شده در دانه‌ي برنج را آميلوز و بقيه را تركيب آميلوپكتين با ساختار مولكولي شاخه‌اي تشكيل مي‌دهد. اگرچه آميلوپكتين 98-65 درصد نشاسته درون دانه را شامل مي‌شود اما نقش آن در كيفيت دانه به‌خوبي روشن نيست و نسبت آميلوز به آميلوپكتين يا در اغلب موارد فقط محتويات آميلوز را به عنوان يكي از مهمترين شاخص‌هاي فرآيند پخت و پز مورد ارزيابي قرار مي‌دهند. كيفيت پخت برنج به صورت دانه يا آرد كاملاً با مقدار آميلوز تعيين مي‌شود. ارقام و پروره‌هاي برنج را از نظر محتويات آميلوز به واكسي يا فاقد آميلوز (2-1 درصد)، خيلي كم آميلوز (9-3 درصد)، كم آميلوز (17-10 درصد)، متوسط آميلوز (25-18 درصد) و آميلوز بالا (بيشتر از26 درصد) طبقه‌بندي مي‌كنند. اما براي مصرف كنندگان تنها درجه‌بندي ديگري پيشنهاد مي‌شود كه عبارت است از واكسي، آميلوز متوسط و آميلوز بالا. تاكنون روش‌هاي متعددي براي اندازه‌گيري آميلوز ارائه شده است كه عبارتند از :    روش اندازه‌گيري جذب نور با طول موج 620 نانومتر در دستگاه طيف‌سنج نوري يا اتوآناليزور، آمپرومتري، كروماتوگرافي كاغذي. از آن‌جا كه آميلوز با محلول يد رنگ آبي و آميلوپكتين رنگ قرمز توليد مي‌كند، با اندازه‌گيري جذب آن در طول موج 620 نانومتر با طيف سنج نوري مقدار آميلوز تعيين مي‌گردد. آميلوپكتين در اين اندازه‌گيري مزاحمت ايجاد مي‌كند اما اين اثر را با تنظيم pH مي‌توان كاهش داد.

برنج واكسي در موقع پخت، چسبنده و لزج و فاقد انبساط حجمي بوده، اما برنج‌هاي غيرواكسي كه به غير گلوتينوز نيز معروفند بستگي به تركيب آميلوز دارد. هرچه ميزان آميلوز بيشتر باشد از چسبندگي دانه‌ها به يكديگر كاسته شده، به طوري كه در برنج‌هاي آميلوز بالا، دانه‌ها پس از پخت كاملاً از هم جدا باقي مي‌مانند و در اثر سرد شدن خشك‌تر و سخت‌تر مي‌گردند. برنج‌هاي با آميلوز بالاتر از 33% پس از پخت خوب جويده نشده و فاقد ارزش خوراكي مي‌باشند. براي تشخيص برنج واكسي از غيرواكسي روش ساده و آساني رواج يافته است كه در آن پس از خراشيدن سطح دانه و افزودن يك قطره محلول يد، واكنش يدي نشاسته انجام مي‌شود. اگر برنج از نوع واكسي باشد، رنگ قرمز و در صورتي كه غيرواكسي باشد، رنگ آبي ظاهر مي‌گردد.

اگرچه در بعضي مناطق محدودي برنج‌هاي واكسي را ترجيح مي‌دهند اما اغلب نواحي جهان برنج‌هاي غيرواكسي از نوع آميلوز متوسط را توليد و مصرف مي‌نمايند و قيمت آن‌ها دائماً رو به افزايش است. در حال حاضر همه‌ي ارقام محلي ايراني به استثناي گيل چمپا داراي آميلوز متوسط هستند. كشت گيل‌چمپا كه از ارقام آميلوز بالاست كشت آن تقريباً منسوخ گشته است. رقم دم‌سياه كه در بعضي از نواحي لاهيجان، آستانه، صومعه‌سرا و رودسر به ندرت كشت مي‌شود با 22% آميلوز و كيفيت پخت و خوراكي بسيار عالي از برنج‌هاي نادر جهان است كه به دليل پايين بودن ميزان محصول در واحد سطح، حساسيت به آفات و بيماري‌ها، ديررسي و ورس شديد به كشت آن توجهي نمي‌شود. بعضي از خانوارهاي روستايي برنج دم‌سياه را براي مصرف خودشان توليد و معمولاً به بازار عرضه نمي‌كنند. كشاورزان كنجكاو، براي دسترسي به ارقام مشابه دم‌سياه از روش انتخاب توده‌هاي محلي بهره‌ مي‌گيرند. ارقام جديد هاشمي و علي‌كاظمي از اين طريق اصلاح شده‌اند و هر دو آميلوز متوسط هستند و كيفيت رقم هاشمي به دم‌سياه نزديكتر است.

كشت پروره‌هاي با نشاسته واكسي و غيرواكسي هر دو در نقاط مختلف جهان انجام مي‌شود اما در ايران تاكنون به دليل عدم تقاضاي مصرف كننده ارقام واكسي كشت نشده است. بهترين نمونه برنج واكسي  29IR  است. مطالعه‌ي وراثت آميلوز، درگيري يك ژن اصلي و چندين ژن تغيير دهنده غالب ناقص را به سمت آميلوز پايين نشان مي‌دهد. اما تلاقي زادمون‌هاي با مقادير مختلف آميلوز، الگوي متفاوت وراثت را بهتر نشان‌‌داده است. هدايت تك ژني محتويات آميلوز در تلاقي بين زادمون‌هاي آميلوز پايين و بالا و بررسي وراثت آميلوز در جمعيت‌هاي BCF₁ , F₃ , F₂ , F₁  وBCF₂ نشان داد كه ژن آميلوز بالا داراي غالبيت ناقص است و علاوه بر اين تغييردهنده‌هاي ديگري نيز در اين تلاقي‌ها دخالت دارند(شانگ،1981).ارقام اصلاح شده ايراني‌مانند سپيدرود، نعمت، ندا، گيل‌1، هراز، آمل‌2، آمل3 همه آميلوز بالا، GT پايين و فاقد عطرند، زيرا در تلاقي‌هاي منجر به توليدشان يكي از والدين آميلوز بالا بوده است.

اطلاعات مربوط به تأثير محيط، خاك، كود و عمليات زراعي در محتويات آميلوز بيشتر ناشي از تجارب كشاورزان و دانشمندان است و هر دو قشر به اين امر آگاهي كامل دارند. عموماً درجه حرارت هوا با مقدار آميلوز داراي همبستگي منفي است و با افزايش درجه حرارت هوا آميلوز كاهش مي‌يابد و از شفافيت ظاهري دانه كاسته مي‌شود. استفاده از كودهاي نيتروژني اضافي در ارقام باسماتي پاكستاني و باسماتي 370  محتويات آميلوز را 9/9-3 درصد افزايش داده است. بنابراين استفاده از كود نيتروژني اثر معكوسي در كيفيت پخت و خوراكي بر جاي مي‌‌گذارد. در باره‌ي تأثير پتاسيم، منيزيم، گوگرد، فسفر و روي در محتويات آميلوز نظرات متفاوتي وجود دارد. اگرچه شن (1997) افزايش محتويات آميلوز در اثر استفاده از كود Zn و ويل جت (1986) تأثير پتاسيم در اين عمل را گزارش داده‌اند، اما دلايل موجود در آن‌ها كافي نيست.

2-1- درجه حرارت ژلاتيني (Gelatinization Temperature)

            درجه حرارت ژلاتيني يكي از خواص فيزيكي بسيار مهم نشاسته برنج مي باشد كه عبارت از درجه حرارتي است كه دانه‌هاي نشاسته در داخل آب به طور غيرقابل برگشتي متورم مي‌شوند. وقتي مخلوط آب و برنج به تدريج گرم مي‌شود تا پيش از رسيدن به درجه حرارت ژلاتيني تغيير اندكي را متحمل مي‌گردد، ولي پس از آن دانه‌هاي نشاسته آب را به مقدار بيشتري جذب كرده و سبب افزايش طول دانه و انبساط حجمي آن مي‌گردند. بنابراين، GT تعيين كننده‌ي مدت زمان لازم براي پخت بوده و تغيير در آن منجر به تغيير در زمان پخت است و هرچه مقدار آن بيشتر باشد، مدت زمان لازم براي پختن بيشتر خواهد بود. در درجه حرارت ژلاتيني دانه‌هاي نشاسته خاصيت پيوند قطبي خود را از دست داده و ژل به تدريج شفافيت بيشتري يافته و آميلوز محلول مي‌گردد. در اين هنگام نشاسته را ژلاتيني شده مي‌نامند. GT برنج كاملاً از زادموني به زادمون ديگر تفاوت دارد.

GT درجه نظم سازماني ذرات نشاسته را نشان مي‌دهد و به همين دليل درجه حرارت ژلاتيني نشاسته، درجه سازمان مولكولي آن را در نواحي بين ذرات نسبتاً بي‌شكل مجسم مي‌سازد. از اين‌جا براي اين سؤال كه چرا در ارقام واكسي و غيرواكسي امكان يكسان بودن GT وجود دارد مي‌توان پاسخي يافت. به نظر مي‌رسد، GT با درجه تبلور نشاسته، اندازه يا درجه مولكولي آن، تعداد زنجيرهاي انشعابي آميلوپكتين برنج ارتباط داشته باشد. كميت و كيفيت نشاسته و GT تأثير شديدي در كيفيت پخت دارد. جالب توجه است كه با اين همه توضيحات، اندازه دانه‌ي برنج و شكل آن در مقدار جذب آب و زمان پخت هيچ‌گونه تأثيري نداشته بلكه فقط GT آن را مشخص مي‌كند.

درجه حرارت ژلاتيني دانه‌هاي برنج به طور وسيعي تحت تأثير عوامل محيطي و مواد غذايي خاك قرار دارد. از عوامل مؤثر در GT برنج مي‌توان درجه حرارت زمان پرپار شدن نشاسته و ميزان تابش نور خورشيد را نام برد كه مقدار آن را حداكثر شش درجه سانتي‌گراد تغيير مي‌دهد. دلا كروز (1991) در مطالعه GT رقم برنج باسماتي پاكستان در درجه حرارت‌هاي مختلف دستگاة فيتوترون نتيجه گرفت كه GT  از درجه حرارت تأثير نمي‌پذيرد. شايد علت اين مشاهده عدم هماهنگي بين شرايط ايجاد شده در فيتوترون و محيط آزاد به ويژه نور و تشعشعات ديگر خورشيدي و غيره باشد. تغييرات حرارتي در زمان تشكيل پرپارهاي آميلوز و آميلوپكتين سبب تغيير در ساختار مولكولي و تغيير در انشعاب سازي و حتي ايجاد پيوندهاي عرضي مي‌گردد. حدود 20 روز پس از گلدهي و نيز در زمان رسيدگي دانه اثر افزايشي درجه حرارت محيط در بالا بردن GT محسوس است. با اين حال، در مورد تأثير مواد معدني خاك مانند ازت، پتاسيم و فسفر در ميزان درجه حرارت ژلاتيني نشاسته برنج گزارش قابل قبولي وجود ندارد.

          GT ارقام برنج عموماً بين ^cْ55  تا  ^cْ79  متغير است وشاملGT پايين
( ^cْ69ـ55)، GT متوسط (^cْ74ـ 70) و GT بالا (^cْ79 ـ 75) مي‌باشد (جوليانو، 1972). بيش از 90% ارقام محلي خوش كيفيت ايراني از نوع GT متوسط هستند و زادمون‌هاي معطر عنبربو، هاشمي، علي‌كاظمي، دم‌سياه و باسماتي پاكستان در اين گروه قرار دارند، به استثناي حسني كه داراي GT پايين بوده اما كيفيت پخت آن بسيار تحسين برانگيز است. اهالي طالش در نواحي هشتپر، ماسال، شاندرمن و فومن و بعضي نواحي ديگر كه اغلب مردماني كوشا و با اراده‌ا‌ي قوي هستند به مصرف اين نوع برنج تمايل زيادي نشان مي‌دهند. بسياري از كشاورزان گيلاني كه بايستي روزهاي طولاني به كار طاقت فرساي روي زمين زراعي بپردازند، معتقدند كه برنج حسني نسبت به ساير برنج‌ها، انرژي بيشتري را آزاد مي‌سازد و توانايي انجام كار را در آن‌ها زيادتر مي‌كند. اين يك اظهار نظر ساده لوحانه و احساساتي نيست بلكه به احتمال قوي GT پايين همراه با آميلوز متوسط و پروتئين بالاي اين رقم ممكن است منجر به چنين خواصي در آن شده باشد. حسني از ارقام برنج دانه بلند محسوب نمي‌گردد، بنابراين بازار پسندي آن پايين است و با اين كه معطر نيز مي‌باشد به قيمت ارزان‌تر معامله مي‌شود، اما به علت GT پايين و GC نرم هنگامي كه به صورت آرد مصرف مي‌شود از كيفيت خوراكي و نگه‌داري بسيار عالي برخوردار است و بعضي از محصولات غذايي مانند نان برنجي، كيك، كاكا و خشكار فقط از آرد برنج حسني قابل تهيه است كه پس از پخت در حال سرد، نرم باقي مي‌مانند و علاوه بر اين از آن در تهيه غذاهايي از قبيل آش‌شيربرنج، فرني و كويي‌آش (نوعي غذا كه از مخلوط برنج، شير، كدو قرمز و شكر تهيه مي‌كنند) نيز استفاده مي‌شود. اين نوع غذاها اگر پس از سرد شدن خشك و سخت گردند فاقد ارزش مصرفي خواهند بود و رقم حسني چنين مشكلي را برطرف ساخته است.تاكنون روش‌هاي متعددي براي اندازه‌گيري GT رواج يافته كه عبارتند از : روش تأثير محلول هيدروكسيد پتاسيم 7/1% و روش‌هاي نورسنجي، ميكروسكوپي و پلاروگرافي. روش KOH خيلي ساده و سريع است. تعداد شش دانه برنج سفيد سالم را در يك پتريديش قرار داده و 10 ميلي‌ليتر محلول هيدروكسيد پتاسيم 7/1 % به آن افزوده و مــدت 24 ساعت در درجه حرارت ثابت C30 نگهداري مي‌كنند و سپس ميزان تأثير يا هضم محلول KOH را بر روي دانه‌ها

 

شكل1 –نمودار درجه حرارت ژلاتيني نسبت به درجه‌ي تأثير محلول پتاس7/1%

 

 براساس نمرات 1 تا 7 درجه يادداشت مي‌نمايند. اين درجات با مقدار GT نسبت غير مستقيم دارد. مقدار GT در اين روش با استفاده از منحني نمايش شكل 1 تعيين مي‌شود. براي اطلاعات بيشتر لازم به توضيح است كه غلظت KOH در دو زيرگونه‌ي هندي و ژاپني متفاوت مي‌باشد. براي پروه‌هاي زيرگونه‌ي هندي غلظت 8/1ـ7/1 درصد KOH و ارقامي كه در مقابل KOH مقاومند مناسب است و اما براي پروه‌هاي زيرگونه ژاپني و پروه‌هايي كه در KOH  به سهولت تجريه مي‌شوند، غلطت 5/1ـ4/1 درصد KOH كافي به نظر مي‌رسد. اندازه گـــــيري GT به روش نورسنجي نيز تا اندازه اي ساده است اما‌‌  به آسياب براي تهيه آرد و دستگاه طيف سنج نوري براي تعيين در صد عبور نور نياز‌دارد كه صرف هزينه بيشتري را موجب مي‌شود. در اين روش مقدار 50 ميلي‌گرم آرد برنج را با افزودن 10 ميلي‌ليتر محلول 7/1 درصد پتاس به مدت 24 ساعت در ^cْ30 قرار مي‌دهند و سپس درصد عبور نور آن را با استفاده از سل (Cell) كوآرتز 8 ميلي‌متري در طول موج 620 نانومتر تعيين مي‌كنند. در نمونه‌هاي با GT بالا درصد عبور نور كوچكتر از  10 درصد و GT متوسط 50 –21 درصد و GT پايين عبور نور بيشتر از 60 درصد خواهد بود. شكل 2 منحني نمايش درجه حرارت ژلاتيني برنج را نسبت به درصد عبور نور نشان‌مي‌دهد.

 

شكل2 –نمودار درجه حرارت ژلاتيني نسبت به درصد عبور نوردر طول موج 620 نانومتر

 در آزمايش تعيين درجه اثر KOH ، برنج‌هاي GT پايين به طور كامل و GT متوسط به آهستگي تجزيه و پخش مي‌شود، در حالي كه GT بالا دانه‌ها را سالم و بدون تأثير برجاي مي‌گذارد.

در حال حاضر بسياري از محققين با تجربه معتقدند كه GT مي‌تواند بعضي از مسائل مجهول مربوط به كيفيت برنج را پاسخ‌گو باشد. اعتقاد براين است كه بدون درنظر گرفتن GT در انتخاب لاين‌هاي پيشرفته و در حال تفكيك بهبودي حاصل نخواهد شد و چندين سال تلاش براي معرفي يك رقم برنج اصلاح شده جديد كه از نظر كيفيت مناسب و مورد پذيرش مصرف كننده باشد ممكن است با ناكامي مواجه گردد. از آن‌جا كه محصول نهايي گياهان دورگه دانه‌هاي F₂ است، تفرقه GT در طول خوشه وجود دارد اما برداشت توده‌اي آن از نظر نشانويژگي‌هاي پخت و خوراكي مشاهده نشده است (ويرماني، 1994). برعكس، ارقامي كه به روش دورگ‌گيري تهيه مي‌شوند و به كشاورزان معرفي مي‌گردند بايستي از لحاظ GT نيز جور تخم و خالص باشند.

الگوي تفرقه GT بستگي به ميزان آن در والدين ازيك تلاقي به تلاقي ديگر متفاوت است. وانگ (1988) وراثت و تغييرات GT را در تلاقي‌ها مشاهده و نتيجه گرفته بود كه GT به ‌وسيله  ژن‌هاي غالب و افزايشي هدايت مي‌شود. پيش از اين نيز سومريت (1974) نقش اثر افزايشي ژن را در بعضي از تلاقي‌هاي مورد مطالعه خود گزارش كرده بود. وراثت GT در تلاقي‌ها پيوسته و چند ژني است.

از آن‌جا كه ژلاتيني شدن نشاسته به عمل تجزيه شيميايي درشت مولكول‌هاي نشاسته بستگي داشته و با مقدار آميلوز و آميلوپكتين رابطه‌اي ندارد، اغلب ديده مي‌شود كه ارقام GT بالا، آميلوز پايينند و عملاً هيچ رقمي با GT بالا و آميلوز بالا ديده نشده است. برنج‌هاي GT متوسط اكثراً با آميلوز متوسط و بالا، GT پايين در همه‌ي ارقام برنج قابل مشاهده است. اگرچه مصرف كنندگان برنج به ويژه زنان خانه‌دار با اصطلاح فني GT آشنايي ندارند، اما وجود چنين خواصي را در مدت زمان پخت، يكنواختي و تفرقه دانه‌هاي در حال پخت و جدا ماندن دانه‌ها پس از پخت را به خوبي احساس مي‌كنند.هنگامي كه برنج به صورت كته پخت مي شود، تفرقه‌ي GT در دانه ها قابل تشخيص نيست زيرا در پوش باعث مي شود تا گرما و بخار آب مدّتي پس از پخت  در داخل ديگ باقي بماند و سبب پختن دانه هايي شود كه به علت GT بالا هنوز ژلاتيني نشده اند.اما در پخت برنج به صورت آبكش، پس از خارج كردن آب دانه هاي GT بالا كه هنوز نپخته اند به خوبي قابل تشخيص است.

 

3-1- پيوستگي ژل (Gel consistency)

           پيوستگي يا چسبندگي ژل يكي از خواص نشاسته برنج است كه از نشانويژگي‌هاي مهم كيفي محسوب مي‌گردد و در به‌نژادي برنج مورد استفاده زادگيران (Breeders) قرار مي‌گيرد. پيوستگي ژل را مي‌توان با روان شدن يا جاري شدن در سطح افقي بهتر درك كرد و به اين ترتيبGC متناسب خواهد بود با مسافت طي شده‌ي ژل حاصل از مخلوط 100 ميلي‌گرم آرد برنج سفيد با 2 ميلي‌ليتر محلول 2/0 نرمال KOH در داخل لوله آزمايش 11×100 برحسب ميلي‌متر، هنگامي كه در سطح افقي به مدت يك ساعت ساكت نگه داشته شود. اما در عمل براي جلوگيري از خطاهاي احتمالي به اندازه‌گيري فاصله ژل تا ته لوله مبادرت مي‌ورزند يا به عبارت ديگر طولي از لوله كه ژل رنگي در آن مشاهده مي‌شود تعيين مي‌كنند. اختلاف سليقه مصرف كنندگان وقتي كه مجبور به استفاده از برنج‌هاي آميلوز بالا (بيش‌از26%) بودند، سبب شد تا تفاوت ارقام آميلوز بالايي كه محتوياتشان يكسان بود بررسي شود. به اين ترتيب معلوم شد كه برنج‌هاي‌ آميلوز بالا از لحاظ GC در سه گروه سخت، متوسط و نرم مي‌توانند طبقه‌بندي گردند. براي نمونه دو رقم نعمت و سپيدرود با GT و محتويات آميلوز يكسان و فاقد عطر، نعمت به دليل GC نرم بيشتر از سپيدرود مورد پسند مصرف كنندگان است. از مقايسه ارقام خزر و دم‌سياه نيز مي‌توان به نقش با اهميت اين صفت پي‌برد. خزر و دم‌سياه هر دو آميلوز متوسط، GT متوسط و پروتئين يكسان (8/7%)دارند اما از نظر GC و عطر از هم متمايزند و چون تركيبات عطري در كيفيت پخت و خشك شدن پس از آن تأثيري ندارد و فقط در كيفيت خوراكي نمايان مي‌شود، از اين رو GC ويژگي‌هاي نامطلوب خزر و كيفيت بسيار عالي دم‌سياه را موجب شده است. در حال حاضر از GC براي تشخيص كيفي همه‌ي ارقام و خط‌هاي در حال تفكيك برنج توسط زادگيران (Breeders) استفاده مي‌شود. طول ژل براي GC سخت mm40-26 ، متوسط mm60-41 و نرم mm100-61 در نظر گرفته شده است. اندازه بهينه آن نيز مانند آميلوز و GT، متوسط است و بسياري از ارقام محلي ايراني GC متوسطند.

          پيش از تعيين GC لازم است همه‌ي نمونه‌هاي برنج سفيد مورد آزمايش و برنج‌هاي شاهد با GC نرم 32IR ، متوسط 36IR و سخت 42IR حداقل به مدت 48 ساعت در يك اتاق نگه‌داري شوند تا رطوبت همه‌ي نمونه‌ها يكسان گردد. تعداد 12 دانه برنج سالم را با آسياب آزمايشگاهي به آرد ريز 100 مش تبديل و مقدار 1 ±100 ميلي‌گرم آن را توزين و وارد لوله آزمايش mm 11×100 مي‌نمايند. 2/0 ميلي‌ليتر الكل 95% محتوي 025/0 درصد معرف تيمول آبي تازه تهيه شده را به آن اضافه مي‌كنند(اتانول مانع لخته شدن آرد در طول مدت ژلاتيني شدن قليايي مي‌گردد و تيمول آبي ژل را به رنگ آبي در مي‌آورد تا انتهاي ژل به خوبي تشخيص داده شود). حال 2 ميلي‌ليتر محلول 2/0 نرمال KOH  افزوده مي‌شود و با استفاده از مخلوط‌كن ورتكس بهم زده مي‌شود. يك عدد گلوله شيشه‌اي در دهانه‌ي لوله قرار داده و آن را در حمام آب در حال جوش فرو مي‌برند تا پس از 10 دقيقه كاملاً ژلاتيني شود. سپس لوله‌ها را بيرون آورده و مدت 5 دقيقه در دماي اتاق نگه داشته تا خنك شود و آن‌گاه به مدت 20 دقيقه در مخلوط آب و يخ قرار مي دهند تا ژل به حالت نيمه جامد درآيد. لوله‌هارا مدت يكساعت بر روي كاغذ ميلي‌متري در سطح افقي مي‌خوابانند تا ژل حركت نمايد و فاصله انتهاي حركت ژل تا ته لوله آزمايش را يادداشت مي‌كنند. آزمايش تعيين GC خيلي حساس مي‌باشد و بايستي درجه حرارت اتاق آزمايشگاه  ^cْ25 و علاوه بر آن، ارقام شاهد در دامنه GC مورد نظر قرار داشته باشند (دلا، 2000).

            يكي از عوامل بسيار مؤثر در اندازه‌گيري GC حضور ليپيدها و درجه تبديل برنج است. بنابراين به روشني مشاهده مي‌شود كه چرا نمونه‌هاي يك رقم يا يك خط اصلاح شده برنج مي‌تواند اندازه‌‌هاي GC متفاوتي را نشان دهد. تمام نمونه‌هاي برنج قهوه‌اي غيرواكسي به علت وجود ليپيدها داراي GC سخت هستند، و پس از تبديل به برنج سفيد ممكن است GC نرم يا متوسطي را حايز گردند. از اين گذشته پس از خارج كردن تركيبات ليپيدي آردشان با الكل اتيليك 95 درصد غالباً داراي GC نرم خواهد شد. براي مثال نمونه‌اي از برنج قهوه‌اي 8IR  با GC سخت (30 ميلي‌متر) پس از چربي‌گيري با اتر نفت به 50 ميلي‌متر يا GC متوسط رسيد و پس از چربي‌گيري با اتانول 95% در دستگاه تقطير برگشتي مقدار 84 ميلي‌متر يا GC نرم به دست آمد. يعني هر سه حالت پيوستگي ژل سخت، نرم و متوسط برحسب وجود مقادير متفاوتي از ليپيدها در رقم برنج 8IR  ديده شد. درون دانه‌ي نشاسته‌اي برنج محتوي 7/0 درصد ليپيد است كه داراي نسبت
ليپيد خنثي :  گليكوليپيد : فسفوليپيد، 20 : 15 : 65 بود. حال براي مطالعه بيشتر، به اين برنج چربي‌گيري شده مقدار 7/0-4/0 درصد اسيد پالمتيك اضافه گرديد و به دنبال آن آزمايش اندازه‌گيري پيوستگي ژل انجام شد كه GC سخت (30 ميلي‌متر) را نشان داد. از طرف ديگر در ارقام برنج سفيد واكسي (فاقد آميلوز) نه عمل چربي‌گيري و نه افزايش اسيدپالمتيك هيچ كدام تأثيري در مقدار GC نداشت. به اين ترتيب مي‌توان چنين استنباط كرد كه دخالت ليپيدها در GC مربوط به همتافت آميلوز – ليپيد برنج است. اين بهترين راه پاسخ به اين سؤال است كه چرا GC در ارقام آميلوز بالا اهميت دارد. از اين گذشته، تأثير درجه‌ي تبديل در پيوستگي ژل اصولاً از تغيير مقدار ليپيدهاي موجود در آن ناشي مي‌شود و به همين علت نمونه‌هاي شاهد بايستي هم زمان با نمونه‌هاي آزمايشي به برنج سفيد تبديل گردند تا درجه تبديل يكساني داشته باشند (جوليانو، 1984).

            شانگ ولي (1981) وراثت پيوستگي ژل در برنج‌هاي اصلاح شده زيرگونه هندي و همچنين جمعيت‌هاي BCF₁ , F₃ , F₂ , F₁ و BCF₂ تلاقي بين والدين با پيوستگي ژل سخت و نرم را مطالعه كردند و نتايج به دست آمده نشان‌دادكه GC توسط‌يك ژن كنتر ل مي‌شود و پيوستگي ژل سخت غالب و نرم مغلوب است. پيش از اين نيز تصور مي‌شد،  اختلافات حاصل از اين تلاقي‌هاي دو طرفه به دليل اثر سيتوپلاسمي در پيوستگي ژل باشد (سنيق 2000). محتويات آميلوز به نسبت زيادي با پيوستگي ژل داراي همبستگي معني‌دار منفي است و نشان دهنده‌ي اين است كه اصلاح هر كدام بايستي به طور مجزا انجام شود و نه هر دوي آنها با هم در يك تلاقي (سنيق 2000). از آن‌جا كه غلظت ليپيدها تفوق كامل دارد، براي دست‌يابي به GC نرم در آميلوز بالا، كاهش غلظت ليپيدهاي درون دانه ضروري به نظر مي‌رسد. تونگ (1989) با استفاده از تحليل تلاقي دي‌آلل و قابليت تركيب كنندگي، دخالت يك ژن اصلي و چندين ژن كهاد (minor) يا تغيير دهنده را در هدايت بروز پيوستگي ژل و غالبيت متوسط در دامنه غالبيت ناقص گزارش كردند. اين قابليت تركيب كنندگي نشان داد كه اثرات  ژن افزايشي و غيرافزايشي هر دو مهم مي‌باشند. نتايج حاصل اهميت انتخاب والدين مادري مناسب را در تلاقي‌ها پيشنهاد مي‌كرد، به طوري كه انتخاب GC متوسط از تلاقي‌هاي والدين GC سخت × GC نرم به دليل هدايت ژن اصلي اين صفت  غير مؤثر دانسته شد (سنيق و كوش، 2000).

4-1- پـروتئيــن

            پروتئين پس از نشاسته عمده‌ترين جزء تشكيل دهنده‌ي دانه‌ي برنج مي‌باشد و محتويات آن داراي تفاوت پروره‌اي بوده و در برنج سفيد از 5 تا 4/15درصد متغير گزارش شده است. در مؤسسة بين‌المللي برنج از تجزيه 17587 رقم برنج، ميزان پروتئين برنج قهوه‌اي بين 3/ 4  تا 2/18 درصد با ميانگين 5/9 درصد به دست آمد (گومز، 1979 ) برنج در ميان غلات داراي پائين‌ترين ميزان پروتئين است، اما علاوه بر آمينواسيد ليزين از نظر آمينواسيدهاي گوگرددار سيستين و ميتيونين غني مي‌باشد. مهمترين جزء پروتئين مورد نياز غذاي انسان اسيدآمينه ليزين است كه در برنج، جو صحرايي و چاودار بيشتر از غلات ديگر وجود دارد. برتري پروتئين برنج نسبت به ساير غلات مربوط به تركيب همين آمينواسيدهاست.

            مقادير محتويات پروتئين مطابق روش‌هاي تجزيه، تأثير شرايط انباري، زراعت، عوامل زاد شناختي، شرايط محيطي رشد و نمو (درجه حرارت، شدت نور خورشيد و طول روز) و طول دوره‌ي رشد به طور قابل توجه‌اي متغير است. اما هيچ كدام به اندازه عامل زاد شناختي در آن مؤثر نيست.

          پروتئين در لايه آلورن تغليظ مي‌شود ولي قسمت اصلي آن در درون دانه‌ي نشاسته‌اي ذخيره مي‌گردد. غلظت پروتئين در لايه‌هاي خارجي‌تر بيشتر از لايه‌هاي داخلي درون دانه‌ي نشاسته‌اي است. پروتئين فضاي بين دانه‌هاي نشاسته‌اي را اشغال مي‌كند و از آن‌جا كه دانه‌هاي نشاسته‌اي در نواحي گچي مانند نواحي غيرگچي شفاف دانه محكم به هم بسته نشده‌اند، تصور مي‌شود كه مولكول‌هاي پروتئين به عنوان متصل كننده باشند. بنابراين هر چيزي كه غلظت پروتئين را افزايش دهد (مانند كودهاي ازت‌دار) استحكام دانه را مخصوصاً در نواحي گچي، در اثر اتصال ذرات به هم زياد مي‌كند (بورل و همكاران، 1990). پروتئين برنج براساس محلوليت اجزاي آن طبقه‌بندي مي‌شود:

1-        آلبوميــــن :   اين پروتئين در آب خالص يا اندكي اسيدي حل مي‌شود و در صورت گرم كردن تا اندازه‌اي انعقاد مي‌يابد.

2-        گلوبوليــن :   اين پروتئين در آب خالص حل نمي‌شود،  اما در آب نمك (4/0 مولار NaCl ) حل مي‌گردد و در اثر گرم كردن منعقد نمي‌شود.

3-        گلوتليــن :    اين پروتئين در آب خالص، نمك و اتانول نا محلول بوده، اما در آب با pH اسيدي يا قليايي (1/0 مولار HCl يا NaOH )محلول است. اين پروتئين در دانه گياهان تك لپه‌اي مانند برنج وجود دارد. گلوتلين برنج اورزيين ناميده مي‌شود.

4-        پرولاميــن :   اين پروتئين در آب نامحلول، ولي در اتانول 80-70 درصد محلول است. پرولامين برنج با اتانول به سختي استخراج مي‌شود. به همين دليل مقادير گزارش شده آن ممكن است صحيح نباشد و استخراج آن با اتانول 70% فقط مقادير اندكي از مولكول‌هاي پرولامين  پروتئين برنج را جدا مي‌كند.

مقادير پروتئين برنج مطابق روش‌هاي مورد استفاده  در اندازه‌گيري متفاوت است، با اين حال زمان نمونه‌برداري ، شرايط نگه‌داري در انبار، شرايط محيطي رشد (درجه حرارت، رطوبت هوا و تشعشعات خورشيدي، طول دوره‌ي رشد و نوع زراعت ديم، آبي، كوددهي و وجين علف‌هاي هرز) در نتايج اندازه‌گيري پروتئين تأثير دارد. علاوه بر اين ممكن است هر زادموني در پاسخ به اثر شرايط بالا در طيف نسبتاً وسيعي متفاوت باشد. بررسي بورل (1990) در باره‌ي اثر كود ازتي در سه زادمون برنج لمون، نيوبونيت و استاربونيت نشان داد كه با افزايش كود ازتي پروتئين دانه نيز زياد مي‌شود، اما اين افزايش در زادمون استاربونيت بيشتر از دوزادمون ديگر بود، علاوه بر اين اگر كودپاشي در مرحله خوشه دهي انجام شود، پروتئين دانه را بيشتر افزايش خواهد داد. براي درجه حرارت‌هاي بالاتر از 22 معلوم شد كه با افزايش درجه حرارت محيط در دوره‌ي رسيدگي دانه مقدار پروتين‌كاهش مي‌يابد، علت اين است كه درجه حرارت در ميزان اندوختگي تركيبات غيرپروتئيني به ويژه نشاسته بيشتر از ذخيره شدن  پروتئين تأثير مي‌گذارد. رطوبت هوا در افزايش محتويات پروتئين تأثير قابل توجه‌اي دارد. عمليات كشت و مراقبت در مزرعه مانند فاصله نشاءكاري، وجين علف‌هاي هرز به علت اين كه كودهاي نيتروژني را بيشتر در اختيار گياه قرار مي‌دهد يا ممكن است نور بيشتري به گياه برسد، در ميزان پروتئين اثر مي‌گذارد. از اين گذشته، در يك بوته شاخه‌هاي كوتاه‌تر داراي مقدار پروتئين بيشتري نسبت به شاخه‌هاي بلندتر هستند و از طرف ديگر در هر خوشه دانه‌هاي پايين‌تر نسبت به دانه‌هاي بالاتر آن محتويات پروتئين بيشتري دارند و به كار بردن كودهاي نيتروژني اين اختلاف را تشديد مي‌نمايد.

       در حال حاضر محققان اصلاح برنج براي بالا بردن محتويات پروتئيني خطوط اميد‌بخش خود در تلاشند. اگرچه تا اين تاريخ بهبود محتويات پروتئين برنج به دليل توارث پيچيده اين صفت و تأثير شديد شرايط محيطي در آن موفقيت آميز نبوده است، اما اصلاح ارقام پرمحصول و زودرس وسيله مؤثري در پيش برد چنين برنامه‌اي مي‌تواند باشد.

          بعضي از مصرف كنندگان گيلاني در رژيم غذايي خود مقدار پروتئين برنج را در نظر مي‌گيرند و برنج‌هايي را انتخاب مي‌كنند كه محتويات پروتئين لازم براي رژيم غذايي‌شان را تأمين كند. براي مثال زادمون‌هاي وووو (Vovo)‌، حسني و غريب كه مقدار پروتئين آن‌ها 8/9 تا 6/12 درصد است، براي مواردي كه نياز به پروتئين زياد باشد و دم‌سياه، هاشمي و علي كاظمي براي مواقعي كه غذاي سبك يا متوسط پروتئين مورد نظر باشد. مورد استفاده قرار مي‌گيرند و از ارقام خارجي وارداتي به عنوان غذاي كم پروتئين مصرف مي‌گردد. مركز رايانه‌اي مؤسسه‌ي تحقيقات بين‌المللي برنج (1990) محتويات پروتئين ارقام محلي و اصلاح شده ايراني را به اين صورت ارسال نموده است‌ : بي‌نام 9/7، دم‌سياه 6/8، حسني 6/9، خزر 8/8، هراز 1/7، گيل يك 8/7، آمل دو 1/7، اعلمي ـ طارم 1/8، سپيدرود 1/7 و غريب 12 درصد (نامة جوليانو، 1990).

 

5-1- عطر برنــج

عطر يكي از مهم‌ترين نشانويژگي‌هاي كيفيت در برنج‌هاي خوش‌كيفيت است كه علاوه بر عام‌پسند بودن آن درآسيا و آفريقا، در اروپا و آمريكا نيز مورد پذيرش قرار گرفته است. در بيشتر كشورها، برنج‌هاي معطر بالاترين قيمت را دارند و در تجارت جهاني ارقام معطر جاسمين و باسماتي از قيمت‌هاي تضميني برخوردارند. مردم آسيا كه عمده توليد و مصرف كنندگان برنج مي‌باشند، برنج‌هاي دانه بلند و خوب سفيد شده با عطر قوي را ترجيح مي‌دهند. اگرچه برنج معمولاً به تنهايي مصرف نمي‌شود و همراه با غذاهاي معطر ديگري ميل مي‌گردد، اما عطر آن نمي‌تواند جبران عطر برنج را بنمايد. با اين حال، براي اين دسته از مصرف كنندگان، برنج فاقد عطر مانند غذاي بي‌نمك احساس مي‌شود. در حال حاضر همه‌ي ارقام محلي ايراني كه بيشتر در استان‌هاي شمالي كشور كشت مي‌شوند مانند بي‌نام، حسني، هاشمي، علي‌كاظمي، حسن‌سرايي، سالاري، دم‌سياه، غريب، وووو، طارم و عنبربو عطر و طعم بسيار عالي دارند و به ويژه رقم برنج عنبربو داراي عطر شديدتري مي‌باشد. ازاين گذشته همه‌ي ارقام اصلاح شده كه غالباً از دورگ گيري ارقام محلي ايراني با ارقام پرمحصول غير عطري خارجي  حاصل گرديده‌اند فاقد عطر مي‌باشند.  بنابر اين واضح است كه ژن كنترل كننده‌ي صفت عطري با روش‌هاي رايج دورگ گيري پوشانيده مي شود و امكان بروز نمي يابد.

نويسنده اين مقاله درمزرعه خود يا در كمك به كشاورزان ديگري كه مشغول برداشت بوده اند، تفاوت اين دو نوع برنج عطري وغيرعطري را در تمام مراحل از قبيل بريدن ساقه، جمع‌آوري و خرمنكوبي و تبديل احساس كرده است. پس برنج‌هاي معطر درتمام مراحل برداشت و نگه‌داري در انبار عطر خاصي را آ زاد مي‌كنند كه با برنج‌هاي غيرمعطر مانند ارقام اصلاح شده ايراني تفاوت دارد. برنج‌هاي سفيد معطر را در صورتي كه باران خورده نباشد و در انبار خوب نگه‌داري شده باشد، از طريق بوييدن نيز مي‌توان تشخيص داد. اگر در يك دست برنج معطر ايراني و در دست ديگر رقم اصلاح شده بدون عطر را داشته باشيد  و با نزديك كردن جداگانه‌ي هر يك از دست‌ها به بيني و با استشمام  به سهولت تفاوتي راحس خواهيد كرد. اين روش از دقت عمل خاصي  برخوردار نيست وبه مقدار زياد نمونه نياز دارد. اما يك روش ساده‌تر با دقت بيشتر از آن نيز توسط محققان به نژادي مورد  استفاده قرار مي‌گيرد كه عبارت است از: افزودن محلول  7/1 درصد پتاس به دوگرم برنج قهوه‌اي وجوشانيدن آن به مدت 10 دقيقه و سپس بوييدن بخاري كه از دهانه لوله خارج مي‌شود و مقايسه با شاهدهاي عطري و غيرعطري. از دم‌سياه و عنبربو كه ارقام عطريند و خزر و سپيدرود كه فاقد عطرند مي‌توان به عنوان شاهد استفاده كرد. مدت زمان جوشانيدن از 10 تا 20 دقيقه متغير است. بعضي از آزمايشگاهها پيش از تخمين عطر برنج، اين مخلوط را به مدت 5 دقيقه در 40 تا 50 درجه سانتي‌گراد گرم مي‌كنند و سپس مدت 10 دقيقه مي‌جوشانند. ارقام مختلف برنج از نظر عطر به صورت فاقد عطر، ضعيف، معمولي و قوي طبقه‌بندي مي‌شوند.

            تاكنون كوشش‌هاي زيادي در بارة شناخت ماهيت شيميايي عطر انجام يافته است و تركيباتي كه در آن به طور مثبت يا منفي دخالت دارند مورد ارزيابي قرار گرفته است. مواد قابل تبخير برنج شامل هيدروكربن‌ها، الكل‌ها، آلدئيدها، ستن‌ها، اسيدهاي آلي، استرها، فنل‌ها، پيريدين‌ها و پيرازين‌ها هستند كه 2-استيل -1- پرولين به عنوان تركيب  اصلي تعيين كننده عطر برنج شناخته شده است. در واقع تعداد زيادي از تركيبات شيميايي باعث بروز عطر برنج مي‌شوند. با جمع‌آوري بخارات برنج و جدا كردن و شناسايي  تركيبات آن به روش طيف سنجي جرمي ـ كروماتوگرافي گازي (GC–MS) بيش از 114 تركيب معرفي شده است. بنابراين عطر برنج از تعداد زيادي تركيبات قابل تبخيري‌تشكيل شده است كه مخلوط پيچيده‌اي را براي صفت عطري به جودآورده‌اند. حال، به دليل اين كه 2- استيل 1- پيرولين عطر خاصي را آزاد مي‌كند كه مشابه عطر برنج پخته در ارقام برنج معطر است و حتي با افزودن برگ گياه پاندن (پاندانوس اماريلي فوليوس روكسب) به برنج‌هاي غيرمعطر مي‌توان كيفيت عطر آن‌ها را بهبود بخشيد. باتري و همكاران (1983) برگ گياه پاندن و رقم برنج باسماتي را تجزيه كردند و دريافتند كه تركيبات تبخيري اصلي ايجاد كننده عطر در آنها 2- استيل-1- پيرولين است. آن‌ها نشان دادند كه رابطه‌اي بين گياه پاندن و برنج‌هاي معطر و غيرمعطر وجود دارد. غلظت اين تركيب در برگ پاندن 10 برابر برنج معطر و 100 برابر برنج غيرمعطر و در برنج معطر 15-10 برابر برنج غيرمعطر است. مقدار 2- استيل-1- پيرولين در برنج معطر 14/0 و در برنج غيرمعطر 009/0 و در برگ گياه پاندن يك ميكروگرم برگرم برگ است. اگرچه اين تركيب ناپايدار است اما محلول آبي آن نسبتاً پايدار مي باشد. مواد تبخيري سبوس برنج (لايه‌ي نازكي كه سطح درون دانه را مي‌پوشاند) محتوي فنل، گوياكول، ارتو ـ كرزول، پارا ـ كرزول، 3-5- اگزيلول، 4- ونيل فنل است كه 4- ونيل فنل يك تركيب اسيدي بوده و بوي نامطبوعي را در برنج‌هاي غيرمعطر ايجاد مي‌كند. بوي ناخوشايند سبوس برنج مربوط است به دو تركيب اصلي 2- استيل تيازول و بنزوتيازول. 2- استيل-1- پيرولين در لايه‌هاي سطحي دانه‌ي برنج بيشتر از مركز آن حضور دارد و با افزايش درجه‌ي تبديل برنج قهوه‌اي به سفيد، مقدار آن بشدت كاهش مي‌يابد، بنابراين لايه‌هاي سطحي دانه برنج در تشكيل عطر آن نقش مهمي برعهده دارد. تركيباتي كه در عطر دخالت دارند ممكن است از يك رقم به رقم ديگر متفاوت باشد. براي مثال رقم كوشي هيكاري كه به زير گونه‌ي ژاپني تعلق دارد. داراي 4- ونيل فنل، 1- هگزانول و 1- هگزانال بيشتري نسبت به رقم كااوريمايي است. از اين گذشته تركيب
آلفا ـ پيروليدين در رقم كااوريمايي تشخيص داده شده كه كوشي هيكاري فاقد آن است. تركيبات گوگردي قابل تبخيري كه از برنج پخته آزاد مي‌گردند شامل سولفيد هيدروژن، متيل مركاپتان، دي‌متيل سولفيد، n-بوتيل مركاپتان (بوتيل –1-تيول)، دي متيل سولفيد و دي‌اكسيدگوگرد مي‌باشند. اين تركيبات گوگردي به اضافه‌ي آمونياك طعم و بوي نامطبوعي را سبب مي‌شوند كه در درجه حرارت پخت تبخير شده و اثر ناخوشايندشان از بين مي‌رود، اما 2- استيل-1- پيرولين كه در محيط آبي تا اندازه‌‌اي پايداراست، باقي مي‌ماند و عطر و طعم مطبوعي را در برنج پخته ظاهر مي‌سازد. به همين دليل عطر و طعم برنج را مي‌توان مربوط به مقدار اين تركيب داشت. در سال 1998 هافمن و شيبرل روشي براي ساخت مصنوعي 2- استيل-1- پيرولين و 2- استيل تتراهيدرو پيريدين ارائه دادند. اين واكنش چهار مرحله‌اي با آلفا ـ آمينواسيدهاي حلقوي پيوند يافته با نيتروژن، ال‌- پرولين و اسيد پيپكولينيك شروع مي شود و ابتدا مشتقات 2- استيل پيوند يافته با نيتروژن حاصل مي‌گردد. كه با خارج شدن گروه‌هاي پيوند دهنده و سپس اكسيداسيون آنها تركيبات 2- استيل –1- پيرولين و 2- استيل تتراهيدرو پيريدين توليد مي‌شود (دارل جي و بر،2000). تفاوت بين برنج‌هاي عطري و غيرعطري به دليل حضور يا عدم وجود 2- استيل –1- پيرولين نيست، بلكه اولاً به دليل مقدار يا غلظت اين تركيب و  ثانياً انواع تركيبات مداخله كننده ديگر كه با غلظت‌هاي متفاوت در بخارات برنج در حال پخت حضور دارند بستگي دارد و ثالثاً در حين حرارت دادن و پختن محتويات پروتئين و نشاسته در آزاد شدن تركيب عطري 2- استيل –1- پيرولين تأثير مي‌گذارد. از اين گذشته به نظر مي‌رسد  كه عدم حضور آيزوزايم استراز معيّني، نشانويژگي‌ عطر برنج را مي تواند بهبود بخشد (ردي، 1987).

            عطر برنج  تحت تأثير عوامل محيطي و زاد شناختي قرار دارد. شدّت عطر برنج در مناطقي كه در زمان رسيدن دانه با درجه حرارت پايين مواجه است، بيشتر بهبود مي‌يابد. در مطالعات مربوط به وراثت صفت عطر نيز نتايج پيچيده‌اي به دست مي‌آيد كه دليل اين تفاوت نتيجه‌گيري‌ها، نااستوار بودن روش‌هاي تخمين عطر در نسل‌هاي در حال تفكيك نتاج دورگ‌هاست. عموماً نشانويژگي‌ عطر درتلاقي برنج معطر × غيرمعطر مغلوب است و گياه F₁ براي عطر ناجور تخم خواهد بود، زيرا درون دانه محصول باروري جنسي است كه يك نسل جلوتر از گياه مولّد خود مي‌باشد. بنابراين دانه‌هاي توليد شده در خوشه‌هاي F₁ براي عطر تفرقه دارند و تنها گياه مغلوب جور تخم عطري است. تشخيص اين كه در گياهان در حال تفرقه چه دانه‌هايي براي عطر جور تخمند به دليل اين كه تعيين عطر تك دانه‌ها با روش‌هاي رايج معمول قابل اطمينان نيست، امكان پذير نمي‌باشد.

            احتمالاً به دليل دخالت اثر محيط در بروز عطر و فقدان يك روش كمي براي متمايز ساختن سطوح مختلف عطر موجب شده است تا تفاوت‌هاي زيادي در گزارش‌هاي مربوط به زادشناسي عطر وجود داشته باشد (سينق، 2000). كوش و دلا (1988) گزارش دادند كه عطر يك صفت كمي است و در تلاقي برنج معطر × برنج غيرمعطر به صورت تفكيك يافته‌هاي با سطوح گوناگون مشاهده مي‌شود. همچنين وجود يك ژن اصلي براي عطر با چندين تغيير دهنده آن را پيشنهاد كردند. 

منابــع :

1-     R.K. Singh; U.S. Singhg; G.S. Khush (2000) Aromatic Rices, published by science publisher. Inc, Enfield, NH, USA. Printed in India.

2-      Juliano, B.O. (1985). Rice : chemistry and Technology. International Rice Research Institute, Philipines.

3-   Takane Matsuo, Yuzo futsuhara, Fumio Kikuchi (1997) science of the Rice plant volume three, Food and Agriculture policy Research center-Tokyo.