افزایش غلظت دیاکسید کربن (CO₂) در جو یکی از محرکهای اصلی تغییرات اقلیمی است؛ بهطوریکه سطح آن از حدود ۲۸۰ قسمت در میلیون (ppm) پیش از انقلاب صنعتی به حدود ۴۳۰ ppm در حال حاضر رسیده و پیشبینی میشود تا سال ۲۱۰۰ به ۸۰۰ ppm برسد.
به گزارش پایگاه اطلاعرسانی شیمی کلاب، افزایش CO₂ جوی احتمالاً تأثیر قابلتوجهی بر کشاورزی خواهد داشت و فیزیولوژی گیاهان، فرایند فتوسنتز و میزان بهرهوری را تحت تأثیر قرار میدهد.
اکنون تیمی از پژوهشگران بینالمللی بررسی کردهاند که ذرت چگونه به سه سطح مختلف CO₂ بالا در سه مرحله رشد پاسخ میدهد. این مقاله در مجله Journal of the Science of Food and Agriculture وابسته به انجمن شیمی (SCI) منتشر شده است.
سطوح بالاتر CO₂ موجب افزایش تثبیت کربن، ذخیره انرژی، تولید زیستتوده و همچنین افزایش فتوسنتز میشود. اما CO₂ بالا میتواند تولید فیتوهورمونها و ترکیبات فیتوشیمیایی را کاهش دهد و بهطور بالقوه دفاع گیاهان را در برابر تنشهای زیستی تضعیف کند.
ذرت یک محصول کلیدی است که هم برای تغذیه و هم برای کاربردهایی مانند تولید اتانول و نشاسته اهمیت دارد. با این حال، این گیاه بهشدت به ناپایداریهای اقلیمی حساس است. پژوهشگران میگویند: «درک پاسخ ذرت به CO₂ بالا برای کاهش اثرات تغییرات اقلیمی و تضمین امنیت غذایی حیاتی است.»
این تیم پژوهشی اثرات CO₂ بالا بر ذرت را از طریق مجموعهای از آزمایشها بررسی کرد. بذرهای ذرت تحت سه سطح CO₂ (۶۰۰، ۱۲۰۰ و ۱۸۰۰ ppm) و در محفظههای باز از بالا (open-topped chambers) کشت شدند.
سطح CO₂ در این محفظهها بین ساعت ۸:۳۰ تا ۱۸:۰۰ با آزادسازی گاز CO₂ از کپسولهایی که در اطراف محفظه قرار داشتند افزایش مییافت. CO₂ فقط در ساعات روز افزوده میشد، زیرا گیاهان در نبود نور به افزایش CO₂ پاسخ نمیدهند.
در این پژوهش از دو لاین (ژنوتیپ) ذرت استفاده شد و گیاهان در سه مرحله رشدی برداشت شدند: مرحله رویشی در ۴۰ روز پس از کاشت (DAS)، مرحله ظهور گل نر (tasseling) در ۷۰ روزگی و مرحله دانه شیری–دندانی (dent stage) در ۹۰ روزگی.
پژوهشگران دریافتند که افزایش سطوح CO₂ اثرات متفاوتی بر رشد گیاهان ذرت دارد. به گفته آنها، این یافتهها برهمکنشهای پیچیده بین CO₂ بالا و فرایندهای متابولیکی گیاه را نشان میدهد و «بینشی درباره سازوکارهای ژنتیکی و فیزیولوژیکی ارائه میکند که میتواند در مدیریت آینده محصولات کشاورزی در شرایط تغییر ترکیب جو مؤثر باشد.»
برای مثال، هر دو لاین ذرت در سطح ۶۰۰ ppm افزایش ارتفاع و زیستتوده نشان دادند، اما در سطح ۱۸۰۰ ppm رشد کاهش یافت، بهویژه در ۷۰ روز پس از کاشت.
CO₂ بالا در سطح ۶۰۰ ppm موجب افزایش نشاسته، قندهای محلول و کل کربوهیدراتهای غیرساختاری در هر دو ژنوتیپ شد، اما این ترکیبات در سطوح بالاتر CO₂ کاهش یافتند.
میزان کلروفیل و کاروتنوئیدها تحت CO₂ بالا کاهش یافت و این کاهش در لاین C01 شدیدتر بود. به گفته پژوهشگران، محتوای فولات در هر دو ژنوتیپ در ۷۰ DAS به بیشترین مقدار رسید، در حالی که میزان لیگنین رابطه معکوس با سطح CO₂ داشت و در ۱۸۰۰ ppm کاهش قابلتوجهی نشان داد.
پژوهشگران تأکید کردند که تحقیقات آینده باید سازوکارهای مولکولی مسئول این پاسخهای وابسته به ژنوتیپ، بهویژه در مسیرهای زیستسازی لیگنین و فولات، را بررسی کند و همچنین اثر CO₂ بالا بر سایر مسیرهای بیوشیمیایی را مورد مطالعه قرار دهد.
آنها افزودند: «مطالعات میدانی بلندمدت تحت سطوح مختلف CO₂ برای ارزیابی تأثیر تغییرات اقلیمی بر بهرهوری و ارزش تغذیهای ذرت ضروری است. همچنین باید راهبردهای اصلاح نژادی با هدف افزایش رشد و مقاومت به تنش در شرایط CO₂ بالا در اولویت قرار گیرد.»
