Breeding for heat stress tolerance
છોડ સંવર્ધન એ નવી સંવર્ધિત જાતોના વિકાસની પ્રક્રિયા છે. છોડના સંવર્ધનમાં વિવિધ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ માટે જાતોના વિકાસનો સમાવેશ થાય છે-તેમાંની કેટલીક અનુકૂળ નથી. તેમાંથી, ગરમીનું દબાણ એ એક એવું પરિબળ છે જે ઉત્પાદન અને ગુણવત્તામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે. તેથી ગરમી સામે સંવર્ધન એ વૈશ્વિક આબોહવા પરિવર્તન દ્વારા ઉત્પાદિત વર્તમાન તેમજ ભાવિ વાતાવરણ માટે સંવર્ધન માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ માપદંડ છે (દા. ત. ગ્લોબલ વોર્મિંગ). વનસ્પતિઓમાં ગરમીની તાણ સહનશીલતા માટે સંવર્ધન તાપમાનમાં વધારાને કારણે ગરમીની તાણ એ વૈશ્વિક સ્તરે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ સમસ્યા છે. પ્રસંગોપાત અથવા લાંબા સમય સુધી ઊંચા તાપમાન છોડમાં વિવિધ મોર્ફો-એનાટોમિકલ, ફિઝિયોલોજીકલ અને બાયોકેમિકલ ફેરફારો કરે છે. તેની અંતિમ અસર છોડની વૃદ્ધિ તેમજ વિકાસ અને ઓછી ઉપજ અને ગુણવત્તા પર પડે છે. વિવિધ પરંપરાગત અથવા અદ્યતન આનુવંશિક સાધનોનો ઉપયોગ કરીને થર્મો-સહિષ્ણુતાના સ્તરમાં સુધારો કરનારા છોડની જાતોના સંવર્ધન દ્વારા ગરમીની તાણ સહનશીલતા માટે સંવર્ધન ઘટાડી શકાય છે. સંવર્ધન માટે માર્કર સહાયિત પસંદગી તકનીકો અત્યંત ઉપયોગી છે. તાજેતરમાં નવી 'ઉચ્ચ ઉપજ આપતી-ગરમી સહનશીલ' ચોખાની જાતોના વિકાસ માટે ગરમી સહનશીલ ચોખાની જાત 'એન22' અને ગરમી સંવેદનશીલ-ઉચ્ચ ઉપજ આપતી જાત 'ઉમા' વચ્ચે 41 બહુરૂપી એસએસઆર માર્કર્સની ઓળખ કરવામાં આવી છે. હીટ સ્ટ્રેસ ટોલરન્સ શું છે હીટ સ્ટ્રેસને વધેલા તાપમાનના સ્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે છોડની વૃદ્ધિ અને વિકાસને ઉલટાવી ન શકાય તેવું નુકસાન પહોંચાડે છે. સામાન્ય રીતે તાપમાનમાં વધારો, જે સામાન્ય રીતે આજુબાજુની સપાટીથી 10 થી 15 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ઉપર હોય, તેને હીટ શોક અથવા હીટ સ્ટ્રેસ ગણી શકાય. ગરમી સહનશીલતાને વ્યાપક રીતે છોડની ગરમી સહન કરવાની ક્ષમતા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે-જેનો અર્થ થાય છે કે ઊંચા તાપમાને આર્થિક ઉપજ વધે છે અને ઉત્પન્ન કરે છે. મહત્વઃ વર્તમાન અને ભવિષ્ય-ગ્લોબલ વોર્મિંગ ગરમીનો તણાવ વૈશ્વિક સ્તરે પાકના ઉત્પાદન માટે ગંભીર ખતરો છે (હોલ, 2001,1992). ગ્લોબલ વોર્મિંગ ખાસ કરીને CO2, મિથેન, ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન અને નાઇટ્રસ ઓક્સાઇડ જેવા ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના વધેલા સ્તરનું પરિણામ છે. આબોહવા પરિવર્તન પરની આંતરસરકારી પેનલ (આઇ. પી. સી. સી.) એ આગાહી કરી છે કે 2025 અને 2100 એડી સુધીમાં દર દાયકામાં 0.3 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (જોન્સ એટ અલ., 1999) નો વધારો વર્તમાન મૂલ્ય કરતાં અનુક્રમે આશરે 1 અને 3 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચશે. ગરમીના તણાવનું શારીરિક પરિણામ ખૂબ ઊંચા તાપમાને સેલ્યુલર ઈજા થાય છે અને ટૂંકા સમયમાં સેલનું મૃત્યુ થઈ શકે છે, આમ સેલ્યુલર સંસ્થાના વિનાશક પતન તરફ દોરી જાય છે (સ્કોફલ એટ અલ., 1999). જો કે, મધ્યમ ઊંચા તાપમાને, આવા તાપમાનના લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં આવ્યા પછી જ ઈજા થઈ શકે છે, જો કે છોડની કાર્યક્ષમતાને ગંભીર અસર થઈ શકે છે. ઉચ્ચ તાપમાન પ્રોટીન વિકૃતિકરણ અને એકત્રીકરણ જેવી ઇજાઓને સીધી અસર કરે છે, અને પટલના લિપિડ્સની પ્રવાહીતામાં વધારો કરે છે. અન્ય પરોક્ષ અથવા ધીમી ગરમીની ઇજાઓમાં ક્લોરોપ્લાસ્ટ અને મિટોકોન્ડ્રિયામાં ઉત્સેચકોનું નિષ્ક્રિયકરણ, પ્રોટીનનું અધઃપતન, પ્રોટીન સંશ્લેષણનું અવરોધ અને પટલની અખંડિતતાનું નુકસાન સામેલ છે. ગરમીના તણાવ સાથે સંકળાયેલી ઇજાઓ આખરે ભૂખમરો, વૃદ્ધિમાં અવરોધ, આયન પ્રવાહમાં ઘટાડો, ઝેરી સંયોજનોનું ઉત્પાદન અને પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (આરઓએસ) ના ઉત્પાદન તરફ દોરી જાય છે. ઊંચા તાપમાનના સંપર્કમાં આવ્યા પછી તરત જ તણાવ-સંબંધિત પ્રોટીનને કોષની તણાવ સંરક્ષણ વ્યૂહરચના તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. હીટ શોક પ્રોટીન (એચ. એસ. પી.) ની અભિવ્યક્તિ, 10 થી 200 કેડીએ સાથે પ્રોટીન, હીટ સ્ટ્રેસ દરમિયાન સિગ્નલ ટ્રાન્સડક્શનમાં સામેલ હોવાનું માનવામાં આવે છે. ઘણી પ્રજાતિઓમાં એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે એચ. એસ. પી. પ્રકાશસંશ્લેષણ, એસિમિલેટ પાર્ટીશનિંગ, પાણી અને પોષક તત્ત્વોના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતા અને પટલની સ્થિરતા જેવી સુધારેલી શારીરિક ઘટનાઓમાં પરિણમે છે. અભ્યાસોમાં પ્રજાતિઓની અંદર અને વચ્ચે જબરદસ્ત તફાવત જોવા મળ્યો છે, આમ આ ભવિષ્યના પર્યાવરણ માટે ગરમી સહનશીલતા પેદા કરવામાં મદદ કરશે. ગરમી-સહિષ્ણુ જીનોટાઇપ વિકસાવવાના કેટલાક પ્રયાસો સફળ રહ્યા છે. (એહલર્સ એન્ડ હોલ, 1998; કામેજો એટ અલ., 2005) ઉષ્મા તણાવ સહનશીલતા સાથે સંકળાયેલ લાક્ષણિકતાઓ વિવિધ શારીરિક પદ્ધતિઓ ક્ષેત્રમાં ઉષ્મા સહનશીલતામાં ફાળો આપી શકે છે-ઉદાહરણ તરીકે, ઉષ્મા સહનશીલ ચયાપચય જે ઉચ્ચ પ્રકાશસંશ્લેષણ દર, સ્ટે-ગ્રીન અને મેમ્બ્રેન થર્મો-સ્ટેબિલિટી દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે, અથવા કેનોપી તાપમાન ડિપ્રેશન દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. ગરમી સહનશીલતા માટે કેટલાક શારીરિક અને આકારશાસ્ત્રીય લક્ષણોનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું છે-છત્ર તાપમાન, પર્ણ ક્લોરોફિલ, લીલો રહેવો, પાંદડાની વાહકતા, સ્પાઇક નંબર, બાયોમાસ અને ફૂલોની તારીખ. (અ) કેનોપી ટેમ્પરેચર ડિપ્રેશન (સીટીડી) સીટીડીએ ગરમ વાતાવરણમાં ઉપજ સાથે સ્પષ્ટ જોડાણ દર્શાવ્યું છે જે તે ગરમીના તણાવની સહનશીલતા સાથે જોડાણ દર્શાવે છે. સીટીડી ઉપજ સાથે ઉચ્ચ આનુવંશિક સહસંબંધ અને પસંદગીના સીધા પ્રતિભાવના પ્રમાણના ઉચ્ચ મૂલ્યો દર્શાવે છે (રેનોલ્ડ્સ એટ અલ., 1998) જે સૂચવે છે કે આ લક્ષણ વારસાગત છે અને તેથી પ્રારંભિક પેઢીની પસંદગી માટે અનુકૂળ છે. એક સંકલિત સી. ટી. ડી. મૂલ્યને નાના સંવર્ધન માળખામાં સંખ્યાબંધ છોડ પર લગભગ તાત્કાલિક માપી શકાય છે (આમ સામાન્ય રીતે વ્યક્તિગત છોડ પર માપવામાં આવતા લક્ષણો સાથે સંકળાયેલી ભૂલને ઘટાડે છે), ઉપજમાં આનુવંશિક લાભ માટે પરોક્ષ પસંદગીના માપદંડ તરીકે તેની ક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે કામ હાથ ધરવામાં આવ્યું છે. સીટીડી ઘણા શારીરિક પરિબળોથી પ્રભાવિત છે, જે તેને શક્તિશાળી બનાવે છે. (બી) ગર્ભ વાહકતા કેનોપી તાપમાનનું દબાણ ગરમ, નીચા સાપેક્ષ ભેજવાળા વાતાવરણમાં શારીરિક રીતે બહેતર રેખાઓ પસંદ કરવા માટે અત્યંત યોગ્ય છે જ્યાં ઉચ્ચ બાષ્પીભવન માંગ આસપાસના તાપમાનથી 10 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પાંદડાને ઠંડક તરફ દોરી જાય છે. આ ઇન્ફ્રારેડ થર્મોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને જીનોટાઇપ વચ્ચેના તફાવતોને પ્રમાણમાં સરળતાથી શોધવાની મંજૂરી આપે છે. જો કે, આવા તફાવતો ઉચ્ચ સાપેક્ષ ભેજવાળા વાતાવરણમાં શોધી શકાતા નથી કારણ કે પાંદડાઓના બાષ્પીભવનશીલ ઠંડકની અસર નગણ્ય છે. તેમ છતાં, પાંદડા તેમના સ્ટોમેટાને ખુલ્લા રાખે છે જેથી તે ગ્રહણ કરી શકે, અને ફિક્સેશનના દરમાં તફાવત પાંદડાના વાહકતામાં તફાવત તરફ દોરી શકે છે જેને પોરોમીટરનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે. પોરોમેટ્રીનો ઉપયોગ વ્યક્તિગત છોડની તપાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. સ્ટોમેટલ કંડક્ટન્સની વારસો વ્યાજબી રીતે ઊંચો છે, જેમાં નોંધાયેલા મૂલ્યો સામાન્ય રીતે 0.5 થી 0.8 ની રેન્જમાં હોય છે. બજારમાં ઉપલબ્ધ ચીકણું પ્રવાહ છિદ્રોમાપક (થર્મોલિન અને CSIRO, ઓસ્ટ્રેલિયા) નો ઉપયોગ કરીને પાંદડાની વાહકતા માટે છોડનું મૂલ્યાંકન કરી શકાય છે. આ સાધન થોડા સેકન્ડોમાં સ્ટોમેટલ કંડક્ટન્સનું સંબંધિત માપ આપી શકે છે, જેનાથી બલ્કની અંદરથી શારીરિક રીતે શ્રેષ્ઠ જીનોટાઇપ્સને ઓળખવું શક્ય બને છે. (સી) પટલની ઉષ્ણતામાનક્ષમતા જોકે ઊંચા તાપમાન સામે પ્રતિકારમાં ઘણી જટિલ સહનશીલતા અને ટાળવાની પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે, તેમ છતાં પટલને ગરમી દ્વારા પ્રાથમિક શારીરિક ઈજાનું સ્થળ માનવામાં આવે છે, અને પેશીઓમાંથી દ્રાવ્ય લિકેજના માપનનો ઉપયોગ પટલને થતા નુકસાનનો અંદાજ કાઢવા માટે કરી શકાય છે. પટલની થર્મોસ્ટેબિલિટી વ્યાજબી રીતે વારસાગત હોવાથી (ફોકર એટ અલ., 1998) અને ઉપજ સાથે ઉચ્ચ આનુવંશિક સહસંબંધ દર્શાવે છે. (ડી) ક્લોરોફિલ ફ્લોરોસન્સ ક્લોરોફિલ ફ્લોરોસન્સ, પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણમાં ઉત્તેજના ઊર્જાના ભાવિનો સંકેત આપે છે, જેનો ઉપયોગ ઉષ્મા તણાવ સહનશીલતા માટે સૂચક તરીકે કરવામાં આવ્યો છે. (ઇ) ક્લોરોફિલની માત્રા અને લીલી ક્લોરોફિલની માત્રા અને લીલી લાક્ષણિકતાઓ ગરમીની તાણ સહનશીલતા સાથે સંકળાયેલી હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. ઝુ એટ અલ. (2000) જુવારમાં ક્લોરોફિલ સામગ્રી માટે ઓળખાયેલ ત્રણ ક્યુ. ટી. એલ. (સી. એચ. એલ. 1, સી. એચ. એલ. 2 અને સી. એચ. એલ. 3) (ત્રણ સ્ટે-ગ્રીન ક્યુ. ટી. એલ. પ્રદેશો (એસ. ટી. જી. 1, એસ. ટી. જી. 2 અને એસ. ટી. જી. 3) ની ઓળખ કરવામાં આવી હતી. એસ. ટી. જી. 1 અને એસ. ટી. જી. 2 પ્રદેશોમાં મુખ્ય પ્રકાશસંશ્લેષક ઉત્સેચકો, હીટ શોક પ્રોટીન અને એબ્સિસિક એસિડ (એ. બી. એ.) પ્રતિભાવશીલ જનીન માટેના જનીનો પણ હોય છે. (એફ) પ્રકાશસંશ્લેષણ ઘટતા પ્રકાશસંશ્લેષણને છોડમાં ગરમીના દબાણની સંવેદનશીલતાના માપ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે. (જી) સ્ટેમ રિઝર્વ રિમોબિલાઇઝેશન સંયોજન સંવર્ધન અને શારીરિક સંવર્ધન શારીરિક-લક્ષણ-આધારિત સંવર્ધન અભિગમ ઉપજ માટે સંવર્ધન કરતાં વધુ યોગ્ય છે કારણ કે તે ક્રોસની સંભાવના વધારે છે જેના પરિણામે એડિટિવ જનીન ક્રિયા થાય છે. સંયોજન ફેનોમિક્સનો ખ્યાલ એ વિચારમાંથી આવે છે કે બે અથવા વધુ તણાવમાં સામાન્ય શારીરિક અસર અથવા સામાન્ય લક્ષણો હોય છે-જે એકંદર છોડના સ્વાસ્થ્યનું સૂચક છે. માનવ તબીબી દ્રષ્ટિએ સમાન સામ્યતા હાઈ બ્લડ પ્રેશર અથવા શરીરના ઊંચા તાપમાન અથવા શરીરમાં ઉચ્ચ શ્વેત રક્તકણો આરોગ્ય સમસ્યાઓનું સૂચક છે અને આમ આપણે આવા પગલાંનો ઉપયોગ કરીને બિનઆરોગ્યપ્રદમાંથી તંદુરસ્ત લોકોની પસંદગી કરી શકીએ છીએ. જેમ કે અજૈવિક અને અજૈવિક તાણ બંને સમાન શારીરિક પરિણામોમાં પરિણમી શકે છે, સહિષ્ણુ છોડ સંવેદનશીલ છોડથી અલગ કરી શકાય છે. કેટલીક ઇમેજિંગ અથવા ઇન્ફ્રારેડ માપન તકનીકો સંવર્ધન પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવવામાં મદદ કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્પોટ બ્લોચની તીવ્રતા અને કેનોપી તાપમાનના દબાણનું કેનોપી તાપમાનના દબાણ સાથે નિરીક્ષણ કરી શકાય છે. આ પણ જુઓ અપલેન્ડ ચોખા દુષ્કાળની તાણ સહનશીલતા માટે મોલેક્યુલર સંવર્ધન સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ અજૈવિક તાણને અનુકૂળ થવા માટે સંવર્ધનમાં શારીરિક હસ્તક્ષેપ http://library.wur.nl/frontis/gene-plant-crop/11_reynolds.pdf ઘઉંના સંવર્ધન માટે શારીરિક અભિગમો http://www.fao.org/docrep/006/y4011e/y4011e0a.htm ઘઉંના સંવર્ધનમાં શરીરવિજ્ઞાનનો ઉપયોગ, CIMMYT પુસ્તક પ્રકરણ https://web.archive.org/web/20120426070754/http:// એપ્સ. સિમ્મીટ. ઓ. આર. જી./સંશોધન/ઘઉં/નકશો/સંશોધન _ પરિણામો/ડબલ્યુફિઝિયો/ડબલ્યુફિઝિયો _ અનુકૂલન. પી. ડી. એફ. પ્લાન્ટ સંવર્ધન