هسته‌ای در کشاورزی ــ ۲۲ |رهگیری تغذیه‌ی حشرات و آفات، با فناوری هسته‌ای

- اخبار اقتصادی -خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــشبکه تغذیه‌ای آفات و حشرات، راز کشاورزی سالم و پایدار را در خود نهفته دارد؛ اما این شبکه در بسیاری‌ از موارد مبهم و ناقص شناخته گردیده هست. بسیاری آفات، رژیم غذایی پیچیده‌ای دارند که شامل گیاه میزبان، بقایای مزرعه، بقایای زائد، و گونه‌های دیگر خواهد گردید. رهگیری مسیر تغذیه‌ای واقعی این آفات، کلید فهم چگونگی گسترش، بقا و تاثیر آنها بر عملکرد زراعی هست.ایزوتوپ‌های پایدار مانند نیتروژن-¹⁵ یا کربن-¹³، وقتی به منابع غذایی مزرعه افزوده می‌شوند، نشانگرهایی بسیار دقیق از حرکت مواد غذایی در زنجیره‌اند. این ایزوتوپ‌ها، به‌واسطه تجزیه طیف‌سنجی جرمی، قابلیت ردیابی دارند و بدون هیچ‌گونه اثر منفی، رد پای تغذیه‌ای را آشکار می‌کنند. با این روش، امکان دارد فهمید که آفت‌ها از چه منابعی ــ از بذرهای تازه، از شاخ و برگ خراب، یا از سایر گونه‌های میزبان ــ تغذیه می‌کنند.این ابزار امکان داردد کمک بزرگی برای طراحی کنترل هوشمند و بهینه‌سازی هستفاده از سموم باگردید. هدف نوشتار حاضر این هست که زمینه، اصول علمی، ابزارها و کاربردهای رهگیری ایزوتوپ‌ها در مطالعه تغذیه آفات را معرفی کرده و مزایا، محدودیت‌ها و چشم‌اندازهای آینده را بررسی نماید.در همین زمینه بیشتر بخوانید«به‌نژادی جهشی» و تولید ارقام مقاومپایش کیفیت و آلودگی آب‌های زیرزمینیتکنیک «عقیم‌سازی آفات نر» با پرتودهیکاهش مؤثر ضایعات با پرتودهی هسته‌ایرهگیری آب و تغذیه گیاه با پرتودهی هسته‌ای«پرتودهی هسته‌ای» جایگزینی امن برای فناوری ناایمن «تراریخت»پرتودهی خوراک دام؛ افزایش ایمنی زیستی و بهره‌وری دامپروریپهستوریزه‌سازی مواد غذایی با فناوری هسته‌ایامضای ایزوتوپی، برای تأیید اصالت مواد غذاییمدیریت بیماری‌های ویروسی دام با پرتودهی هسته‌ایبهقرار دارای بود تاب‌آوری در برابر تنش‌های اقلیمی با فناوری هسته‌ایبهینه‌سازی فتوسنتز و افزایش کارایی گلخانه‌ها؛ با کنترل هسته‌ایارزش‌افزوده محصولات جانبی و ضایعات کشاورزی، با فناوری هسته‌ایتوسعه بسته‌بندی‌های مقاوم هسته‌ای برای صادرات ایمن مواد غذایی کشاورزی«کنترل کپک‌ها و مایکوتوکسین‌ها در ذرت و بادام‌زمینی» با فناوری هسته‌ایافزایش ماندگاری محصولات کشاورزی در زنجیره سرد،  با ترکیب فناوری پرتودهیمبارزه با علف‌هرز، با فناوری هسته‌ایتهیه نشاهای مقاوم برنج، گوجه‌فرنگی و توتون، با فناوری هسته‌ایمعرفی اصول کلی فناوریرهگیری ایزوتوپ، بر پایه نشان‌گذاری پایدار منابع غذایی با ایزوتوپ‌های غیرپرتوزا مانند ¹⁵N یا ¹³C  انجام خواهد گردید. این ایزوتوپ‌ها به‌صورت محلول یا در کود و یا مواد خوراک تزریق گردیده، وارد زنجیره غذایی می‌شوند. آفت‌های حشره‌ای که تغذیه می‌کنند، ایزوتوپ را در بافت خود تجمع می‌دهند و از طریق نمونه‌برداری از حشرات، طیف‌سنجی جرمی امکان تشخیص میزان و منشأ تغذیه وجود دارد.ایزوتوپ‌ها بسیار دقیق‌اند و حتی امکان تفکیک منابع غذایی متفاوت (مثلاً گیاه زنده یا بقایای متروک) را دارند. این فناوری برخلاف نشانه‌گذاری فلورسانس یا رنگ، هیچ تغییری در رفتار غذا یا آفت ایجاد نانجام می‌دهد. از جهات دیگر، چون ایزوتوپ‌های هستفاده‌گردیده پایدار هستند، خطر پرتوزایی یا محیطی ندارند و برای هستفاده در مزرعه به‌طور کامل ایمن‌اند.اجزای اصلی سیستمسیستم رهگیری ایزوتوپی شامل اجزای زیر هست:منابع ایزوتوپی پایدار (¹⁵N، ¹³C) با دوز کنترل‌گردیدهمخازن یا محلول‌های خوراکی که ایزوتوپ به آنها اضافه خواهد گردیدشبکه مزرعه‌ای برای توزیع ایزوتوپ به گیاه یا بقایانمونه‌برداری کنترل‌گردیده از حشرات / آفات یا بافت گیاهیتجهیزات طیف‌سنجی جرمی (Mass Spectrometer) برای اندازه‌گیری دقیق نسبت ایزوتوپسامانه پردازش داده و تعیین نسبت تغذیه از منابع مختلفبانک داده تغذیه‌ای و فرم‌های ثبت نمونه برای تحلیل بلندمدتفرآیند کلی انجامدر آغاز، یک طرح آزمایشی مزرعه‌ای تدوین خواهد گردید که نقاط نمونه‌برداری، نوع گیاهان یا بقایا و گونه هدف مشخص گردیده‌اند. سپس ایزوتوپ پایدار به منابع غذایی مشخص افزوده خواهد گردید (مثلاً کود مزرعه، بقایای گیاهی خشک، یا گیاهچه میزبان). پس از مدتی، نمونه‌برداری حشرات هدف (به‌طور تصادفی یا با تله) صورت دریافت می‌کند.نمونه‌ها در آزمایشگاه هستخراج و برای تجزیه طیف‌سنجی آماده می‌شوند تا نسبت ایزوتوپ جذب‌گردیده هستخراج گردد. سپس مدل‌های ریاضی و نرم‌افزارهای تحلیل ایزوتوپی با هستفاده از نسبت‌های مشخص، سهم تغذیه از منابع مختلف را مشخص می‌کنند. نتایج به نقشه‌های تغذیه‌ای تبدیل گردیده و الگوهای تغذیه آفت را در فضای واقعی مزرعه نشان می‌دهند.انواع کاربردهااین فناوری کاربردهای متعددی دارد:شناسایی دقیق منابع تغذیه‌ای آفت‌ها برای هدف‌گیری مداخلهطراحی برنامه مبارزه‌ی زمان‌بندی‌گردیده نظر به دوره تغذیه‌ای آفتبررسی tercih غذایی گونه‌های غیرهدف و تبعات اکولوژیکی کنترلپاسخ‌سنجی به اصلاح محیطی مانند حذف بقایا یا تغییر الگوی آبیاریپایش انتقال ایزوتوپ در شبکه‌های برهم‌کنش آفات-میکروارگانیسم‌های خاکمزیت‌ها نسبت‌به روش‌های سنتیاولاً رویکرد دقیق‌تری نسبت‌به مشاهدات تجربی یا تله‌گذاری فراهم انجام می‌دهد که اغلب اطلاعات ناقص دارند. ثانیاً بدون نیاز حمله مستقیم یا پرتوافشانی به آفت، تغذیه واقعی آن را ثبت انجام می‌دهد. ثالثاً مسیری برای کنترل زیستی هوشمند و بر پایه داده‌های علمی ایجاد می‌نماید. رابعاً ایزوتوپ‌ها بدون تأثیر محیطی و بدون برچسب‌گذاری خطرناک، امکان مطالعات ترکیبی را ایجاد می‌کنند. نهایتاً، این روش امکان مقایسه چندین منبع غذایی را در یک مطالعه فراهم می‌سازد که در روش‌های سنتی حدوداً غیرممکن هست.چالش‌ها و محدودیت‌هااگرچه رهگیری ایزوتوپی به‌عنوان یک فناوری مدرن و بسیار مؤثر در حوزه شناسایی الگوهای تغذیه‌ای حشرات و آفات شناخته خواهد گردید، اما به‌طور طبیعی محدودیت‌هایی در مسیر توسعه و اجرای میدانی آن وجود دارد که نامکان دارد نادیده گرفت. یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها، هزینه بالای ایزوتوپ‌های پایدار و تجهیزات طیف‌سنجی جرمی هست که هستفاده از این فناوری را در مقیاس گسترده دشوار می‌سازد؛ به‌ویژه در کشورهایی که زیرساخت پژوهشی و آزمایشچندین اوقات لازم هنوز توسعه نیافته هست.از دیگر محدودیت‌ها امکان دارد به لزوم تخصص فنی در طراحی آزمایش‌ها اشاره کرد. نتایج به‌دست‌آمده از رهگیری ایزوتوپی نیاز به تفسیر آماری و مدلسازی پیچیده دارند که باید با هستفاده از نرم‌افزارهای خاص و توسط تیم‌های بین‌رشته‌ای (اکولوژی، شیمی، آفت‌شناسی) صورت گیرد. در بسیاری از مواقع، داده‌های ایزوتوپی بدون زمینه‌سازی زیستی و اکولوژیکی، قابل تفسیر نخواهند قرار دارای بود.نیز، در چندین گونه‌ها به‌ویژه حشرات با چرخه‌های تغذیه‌ای چندین مرحله‌ای یا گونه‌های مهاجر، رهگیری ایزوتوپی ممکن هست با تداخل همراه شود. به‌عبارت دیگر، اگر حشره در مرحله لاروی از یک منبع تغذیه کرده و در مرحله بلوغ از منبعی دیگر، نسبت ایزوتوپی نهایی ممکن هست تصویر ناقصی ارائه دهد. در این موارد نیاز به طراحی دقیق‌تر و تفکیک مرحله‌ای وجود دارد.چالش دیگر، عدم وجود چارچوب‌های محلی یا ملی برای هستفاده کاربردی از داده‌های حاصل از این فناوری در تصمیم‌سازی‌های کشاورزی هست. حتی در صورت دستیابی به اطلاعات دقیق تغذیه‌ای، چنانچه ساختار اجرایی برای هستفاده از نتایج در مدیریت تلفیقی آفات وجود ندارای بوده باگردید، داده‌ها عملاً بی‌هستفاده باقی می‌مانند. لذا پیوند عملیاتی بین تحقیق و اجرا، خود نیازمند اصلاح فرآیندهای سیهست‌گذاری و مهندسی مزرعه هست.هستانداردها و دستورالعمل‌های بین‌المللیرهگیری ایزوتوپ‌های پایدار در زنجیره غذایی به‌ویژه برای تحلیل مسیرهای تغذیه‌ای در حوزه کشاورزی و بوم‌شناسی، از نظر نهادهای علمی و بین‌المللی موضوعی حساس و ساختارمند تلقی خواهد گردید. سازمان بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) و سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد (FAO) هر دو در دهه اخیر، مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های فنی و پژوهشی برای هستفاده از ایزوتوپ‌های پایدار در تحلیل شبکه‌های غذایی منتشر کرده‌اند.مطابق این دستورالعمل‌ها، هستفاده از ایزوتوپ‌ها تنها باید با دوزهای ایمن، غلظت‌های کنترل‌گردیده و در چارچوب طرح‌های مشخص پژوهشی انجام گیرد. نیز تأکید گردیده هست که در مطالعات میدانی، منابع غذایی مختلف باید به‌طور واضح نشانه‌گذاری شوند تا نسبت‌ها به‌درستی تحلیل‌پذیر باشند. در این زمینه، دستورالعمل فنی FAO با عنوان "Stable Isotope Techniques in Integrated Pest and Soil Fertility Management" یکی از منابع کلیدی هست.در اروپا، پروژه‌های Horizon با همکاری دانشگاه‌ها و مؤسسات اکولوژی، پروتکل‌هایی دقیق برای طراحی، اجرا و تحلیل داده‌های ایزوتوپی در مطالعات تغذیه آفات تدوین کرده‌اند. در آمریکا نیز شبکه تحقیقاتی LTER (Long Term Ecological Research) به هستفاده گسترده از رهگیری ایزوتوپی در بررسی زنجیره‌های غذایی در کشاورزی و جنگل‌داری معروف هست.از منظر اخلاقی، اجرای این فناوری تنها در صورت رعایت هستانداردهای ایمنی زیستی و بدون تأثیر بر سلامت زیست‌بوم یا گونه‌های غیرهدف مجاز هست. هرگونه هستفاده غیرمجاز یا ناآگاهانه از ایزوتوپ‌ها، ولو پایدار، امکان داردد موجب وارد آمدن آسیب به اعتبار علمی و اجتماعی پروژه شود. بنابراین، اخذ مجوزهای محلی و هماهنگی با نهادهای نظارتی قبل از آغاز کار ضروری هست.پیشرفت‌های نوین این روشفناوری رهگیری ایزوتوپ‌ها، در سال‌های اخیر با توسعه ابزارهای تحلیل دقیق‌تر، گسترش دامنه کاربرد و افزایش دقت در تفسیر داده‌ها مواجه قرار دارای بوده هست. یکی از پیشرفت‌های مهم، ظهور طیف‌سنج‌های جرمی با وضوح بسیار بالا (HRMS) و کاهش نیاز به حجم نمونه هست؛ به‌طوری که اکنون امکان دارد از یک حشره منفرد نیز، نسبت ایزوتوپی دقیق هستخراج کرد.از دیگر تحولات مهم، هستفاده از تحلیل ایزوتوپی ترکیبی هست که شامل رهگیری همزمان چندینین ایزوتوپ (مثلاً ¹³C، ¹⁵N و ²H) خواهد گردید. این روش امکان تحلیل چندینبعدی رژیم غذایی را فراهم انجام می‌دهد و به پژوهشگر اجازه می‌دهد منبع تغذیه، مسیرهای تغییرات فصلی، تبادلات آب و حتی انتقال حرارتی را نیز ردیابی کند. نیز الگوریتم‌های تحلیل بیزین، که امروزه به‌صورت گسترده در تفسیر داده‌های ایزوتوپی هستفاده می‌شوند، توانسته‌اند دقت و اطمینان آماری تحلیل‌ها را چندین برابر کنند.در حوزه نرم‌افزار، سامانه‌هایی مانند "SIAR" و "MixSIAR" که بر پایه R توسعه یافته‌اند، توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در مدلسازی رژیم غذایی آفات پیدا کنند. افزون بر این، در پروژه‌های اخیر، چندین محققان موفق به اتصال داده‌های ایزوتوپی به تصاویر ماهواره‌ای پوشش گیاهی گردیده‌اند تا بتوانند نقشه‌های تغذیه‌ای در مقیاس بزرگ طراحی کنند.نیز تلفیق رهگیری ایزوتوپی با فناوری‌های ژنومی، امکان تحلیل تعامل‌های مولکولی میان گیاه میزبان و حشره را فراهم کرده هست. در آینده‌ای نزدیک، انتظار می‌رود این فناوری با ابزارهای نانوزیستی، تله‌های هوشمند و سنسورهای زیستی تلفیق شود و نسل جدیدی از رهگیری غیرمستقیم و پیوسته در اکوسیستم‌های زراعی ایجاد گردد.آینده‌شناسی و توصیه‌ها: از رهگیری تا راهبردهای زیست‌هوشمندافق آینده‌ برای رهگیری ایزوتوپی در تعیین مسیرهای تغذیه‌ای آفات، روشن‌تر از هر زمان دیگری هست. با درک عمیق‌تری که از روابط تروفیک و شبکه‌های تغذیه‌ای در بوم‌سازگان‌های زراعی حاصل گردیده، اکنون کشاورزی نوین امکان داردد به سوی طراحی سیستم‌های کنترل زیستی دقیق‌تر، کم‌مداخله‌تر و بلندمدت‌تر حرکت کند. این فناوری، در عین حفظ ساختار طبیعی زیست‌بوم، اجازه می‌دهد زنجیره‌های غذایی را بدون اختلال، اما با شناسایی دقیق حلقه‌های کلیدی و نقاط شکننده، تحلیل کرد و سپس در همان نقاط، مداخلاتی هوشمند صورت داد.در آینده، تلفیق رهگیری ایزوتوپی با فناوری‌های حسگرهای نانو، یادگیری ماشینی، و نقشه‌برداری‌ اکولوژیکی دقیق، ابزارهایی را در اختیار مدیران زیستی قرار خواهد داد تا نه‌تنها مسیرهای تغذیه‌ای بلکه الگوهای مهاجرتی، رفتارهای تغییر رژیم غذایی و حتی ترجیحات غذایی آفات را در زمان واقعی شناسایی و تحلیل کنند. این داده‌ها، بستر تصمیم‌سازی مبتنی بر شواهد در کشاورزی اقلیمی، کشت تلفیقی و حفاظت زیستی خواهد گردید.توصیه خواهد گردید برای بهره‌گیری حداکثری از این فناوری، کشورهای در حال توسعه نیز به ایجاد زیرساخت‌های آزمایشچندین اوقات رهگیری ایزوتوپی، آموزش نیروی انسانی متخصص، و هستقرار شبکه‌های همکار منطقه‌ای اقدام کنند. نیز، تدوین هستانداردهای ملی برای برچسب‌گذاری ایزوتوپی و ثبت و تحلیل داده‌ها، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر برای پیشگیری از خطای تفسیر و ایجاد مرجع ملی اطلاعات تروفیکی خواهد قرار دارای بود.نمونه‌های کاربردیکاربرد رهگیری ایزوتوپی در تحلیل مسیرهای تغذیه‌ای، دیگر یک ابزار صرفاً پژوهشی نیست؛ بلکه به ابزاری کاربردی در برنامه‌ریزی‌های راهبردی مدیریت آفات تبدیل گردیده هست. در پروژه‌ای که در مزارع ذرت جنوب برزیل اجرا گردید، با هستفاده از ایزوتوپ پایدار نیتروژن (¹⁵N)، مشخص گردید که گونه‌ای از شب‌پره‌ها برخلاف انتظار، تغذیه اولیه خود را از بقایای زراعی به‌جای محصولات زنده آغاز می‌کنند. این کشف سبب بازنگری در سیهست‌های مدیریت بقایا و زمان‌بندی کاشت در آن منطقه گردید.در هسترالیا، پروژه‌ای بر روی موریانه‌های خاک‌زی با رهگیری ایزوتوپ کربن (¹³C) در منابع غذایی مختلف، منجر به شناسایی منابع واقعی تأمین انرژی در فصول خشک گردید. یافته‌ها در برنامه‌ریزی فضایی برای کاشت گونه‌های مقاوم و کاهش دسترسی آفات به منابع مطلوب، تأثیر بسزایی گذاشت.این نمونه‌ها نشان می‌دهند که بهره‌گیری از ایزوتوپ‌ها به‌مثابه ردپاهای شیمیایی، چگونه امکان داردد زوایای پنهان شبکه‌های اکولوژیکی را آشکار ساخته و مدیریت مبتنی بر فهم اکولوژیک را تقویت کند.جمع‌بندیتعیین مسیرهای تغذیه‌ای آفات با رهگیری ایزوتوپ‌ها، گامی هوشمندانه در جهت درک دقیق‌تری از بوم‌سازگان‌های کشاورزی و تعاملات پیچیده درون آن‌ههست. این فناوری با تکیه بر اصول علمی مستند، توانسته هست جایگاه ویژه‌ای در عرصه کنترل زیستی و برنامه‌ریزی اکولوژیک بیابد؛ جایچندین اوقات که در آن دخالت انسان به‌جای دست‌کاری محیط، بر پایه شناخت عمیق‌ از سازوکارهای طبیعی بنا گردیده هست.در این چارچوب، رهگیری ایزوتوپی ابزاری برای شناسایی منابع غذایی مستقیم آفات، و نیز ابزاری برای تحلیل الگوهای مصرف، ترجیحات تغذیه‌ای، جابه‌جایی تروفیک، و اثرات کشاورزی مدرن بر زنجیره‌های زیستی هست. این فناوری، با دقت بالا و بی‌نیاز از نشانه‌گذاری فیزیکی، به پژوهشگر اجازه می‌دهد فرآیندهای زنده را بدون ایجاد اختلال ردیابی کند.با وجود چالش‌هایی چون هزینه‌های تجهیزاتی، نیاز به تخصص بالا در تحلیل داده‌ها، و محدودیت در فراهم‌سازی مواد مرجع ایزوتوپی، بهره‌گیری هدفمند و برنامه‌ریزی‌گردیده از این روش امکان داردد ابزارهای سنجش‌پذیر و کم‌خطای جدیدی را در اختیار سیهست‌گذاران بخش کشاورزی قرار دهد.انتهای پیام/