Drought tolerance in barley
જવ (હોર્ડિયમ વલ્ગેરે) જમીનના પીએચ, ખનિજ પોષક તત્ત્વોની ઉપલબ્ધતા અને પાણીની ઉપલબ્ધતાના સંદર્ભમાં અન્ય અનાજના પાકોની તુલનામાં વધુ પર્યાવરણ-સહિષ્ણુ હોવાનું જાણીતું છે. આ કારણે, આ પર્યાવરણીય કઠિનતા માટે આનુવંશિક આધાર છે કે નહીં તે નક્કી કરવા માટે જવના છોડ પર ઘણું સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. જવના છોડ પર દુષ્કાળની અસર C4 પ્રજાતિ અને મોનોકોટ છે, અને તેથી તેના પર દુષ્કાળની અસરો અન્ય છોડની પ્રજાતિઓમાં વિસ્તૃત કરી શકાય છે. દુકાળ ઘણીવાર પ્રદેશમાં વધેલા તાપમાનનું પરિણામ હોય છે, જે ટ્રાન્સપિરેશનલ ખેંચાણમાં વધારો કરીને છોડમાં પાણીની ખોટને પ્રોત્સાહન આપે છે. જમીનમાં પાણીનો અભાવ ખનિજ પોષક તત્ત્વોની ઉપલબ્ધતામાં ઘટાડો કરે છે, કારણ કે મૂળમાં પ્રવેશવા માટે ખનિજોને જમીનના દ્રાવણમાં ઓગળવા પડે છે. વધુમાં, દુષ્કાળના પરિણામે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમાં ઘટાડો થાય છે, બાયોમાસમાં ઘટાડો થાય છે અને પાંદડાના વૃદ્ધત્વમાં વધારો થાય છે. મહત્વ ફળદ્રુપ ક્રેસન્ટના જન્મથી જ જવ મનુષ્યો માટે અમૂલ્ય પાક રહ્યો છે. મકાઈ (ઝિયા મેઝ), ઘઉં (ટ્રિટિકમ એસ્ટિવમ) અને ચોખા (ઓરિઝા સટિવા) ની સામૂહિક ખેતી પહેલાં, જવ એ મનુષ્યો માટે મુખ્ય અનાજનો પાક હતો. આજે જવનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પશુ આહાર (55-60%) અને માલ્ટ (30-40%) માટે થાય છે. ઘણા વિકાસશીલ દેશો હજુ પણ ખોરાકના સ્ત્રોત તરીકે જવ પર ભારે આધાર રાખે છે, ખાસ કરીને આફ્રિકા, અરબી દ્વીપકલ્પ અને દક્ષિણ અમેરિકાના પ્રદેશોમાં. તેથી જવના ઉત્પાદનમાં ઘટાડો આ દેશોમાં પહેલેથી જ ચાલી રહેલી ખાદ્ય કટોકટીમાં મોટો ફાળો આપશે. ઔદ્યોગિક ક્રાંતિ (1760-2019) પછી કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્તરમાં 48 ટકાનો વધારો થયો છે, આમ પૃથ્વીના વાતાવરણમાં વાદળછાયું વાતાવરણ છે અને પરિણામે વૈશ્વિક તાપમાનમાં વધારો થયો છે. આના પરિણામે વિશ્વના ઘણા પ્રદેશોમાં દુષ્કાળ જેવી ભારે હવામાનની ઘટનાઓમાં વધારો થયો છે, જેમાં મૂલ્યવાન ખેતીની જમીન છે. એકંદરે, આબોહવા અનિયમિત રીતે બદલાઈ રહી છે, અને વૈશ્વિક ખાદ્ય અસુરક્ષાનો સામનો કરવાની એક અનુમાનિત રીત એ છે કે પર્યાવરણીય તાણને સહન કરતા પાકોનું સંવર્ધન કરવું. યંત્રો C4 પ્રકાશસંશ્લેષણ જવ છોડ C4 માર્ગ દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણ કરે છે, એટલે કે તેઓ CO2 ને 4-કાર્બન કાર્બનિક એસિડમાં સ્થિર કરે છે, જે પછી બંડલ આવરણમાં બંધ કરવામાં આવે છે, જે વાતાવરણમાં પાછા પ્રસરણને અટકાવે છે. C4 માર્ગ કાર્બન ફિક્સેશન માટે રુબિસ્કોને બદલે PEP-કાર્બોક્સિલેઝનો ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ કરે છે, જેનો ઉપયોગ C3 માર્ગમાં થાય છે. PEP-કાર્બોક્સિલેઝ CO2 માટે વધુ આકર્ષણ ધરાવે છે, અને તેમાં O2 માટે આકર્ષણ નથી, જે ફોટોરેસ્પિરેશનને અટકાવે છે. એકંદરે, C4 માર્ગ જવના છોડને કાર્બનને વધુ અસરકારક રીતે ઠીક કરવાની મંજૂરી આપે છે, આમ તેમને ઓછા સમય માટે તેમના સ્ટોમેટા ખુલ્લા રાખવાની મંજૂરી આપે છે, જે બાષ્પીભવન દ્વારા પાણીના નુકસાનને અટકાવે છે. એબ્સિસિક એસિડ એબ્સિસિક એસિડ (એબીએ) એ હોર્મોન છે જે છોડ તણાવના પ્રતિભાવમાં મુક્ત કરે છે. તે છોડમાં સ્ટોમેટલ ક્લોઝરને પ્રેરિત કરે છે, ટ્રાન્સપીરેશન દ્વારા પાણીની ખોટ ઘટાડે છે. જો કે, વધેલા સ્ટોમેટલ ક્લોઝરના પરિણામે CO2 એસિમિલેશનમાં ઘટાડો થાય છે. કદાચ ટૂંકા ગાળામાં આનો સામનો કરવા માટે, એબીએ સંશ્લેષણ મૂળ કોષોના વિસ્તરણને પણ પ્રોત્સાહન આપે છે, જે બદલામાં ખનિજ પોષક તત્ત્વોના ગ્રહણને પ્રોત્સાહન આપે છે. અન્ય સંશોધનોએ એ પણ દર્શાવ્યું છે કે દુષ્કાળની સ્થિતિમાં એબીએ કાર્બનિક એનહાઇડ્રેઝ પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરે છે. મૂળની વૃદ્ધિમાં વધારો જવના છોડની અમુક જાતો મોટી મૂળ પ્રણાલીઓ ઉત્પન્ન કરે છે. મોટી મૂળ પ્રણાલી માત્ર ખનિજ પોષક તત્ત્વોના શોષણ માટે સપાટીના વિસ્તારમાં વધારો કરીને જ નહીં, પરંતુ ઊંડા ભૂગર્ભ જળ સુધી પહોંચવાની છોડની ક્ષમતામાં પણ સુધારો કરીને દુષ્કાળની સહનશીલતામાં સુધારો કરે છે. દુકાળના તણાવ હેઠળ ઉગાડવામાં આવતા એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્પાદનમાં વધારો જવના છોડ એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્સેચકોની ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે, જે પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓથી ઓક્સિડેટીવ નુકસાનને અટકાવે છે. પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓના વધેલા ઉત્પાદનને કારણે દુષ્કાળના તણાવના સંપર્કમાં આવે ત્યારે છોડ કોષીય નુકસાનનું જોખમ વધારે છે, અને તેથી આ વધેલી એન્ટીઑકિસડન્ટ પ્રવૃત્તિ દુષ્કાળના તણાવ હેઠળ છોડનું રક્ષણ કરવામાં મદદ કરે છે. સ્ટોમેટલ ડેન્સિટીમાં ઘટાડો અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે જવના છોડમાં સ્ટોમેટલ ડેન્સિટીમાં ઘટાડો થવાથી ગેસના વિનિમયમાં ઘટાડો થયો હોવા છતાં અનાજની ઉપજમાં ઘટાડો થતો નથી. સ્ટોમેટાની સંખ્યામાં ઘટાડો માત્ર પાણી છોડવાથી અટકાવીને દુષ્કાળ સહનશીલતામાં સુધારો કરે છે, આમ પાણીના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. દુકાળના તણાવમાં ઉગાડવામાં આવતા જવના છોડમાં નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડના સ્તરમાં પણ ઘટાડો જોવા મળે છે, જે અભ્યાસોએ પોલિઆમાઇનના ઉત્પાદનમાં વધારો દર્શાવ્યો છે. પોલિઆમાઇન્સ ડીએનએ અને પટલ જેવા કોષીય માળખાને સ્થિર કરીને દુષ્કાળના તણાવ દરમિયાન છોડની સુખાકારીમાં મદદ કરે છે, આમ અસ્તિત્વ ટકાવી રાખે છે. આનુવંશિક આધાર તાજેતરના સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે જંગલી અને વાવેતર બંને જાતોમાં દુષ્કાળ સહનશીલતા સંબંધિત તેના જીનોટાઇપ્સમાં જવ ખૂબ જ પરિવર્તનશીલ છે. ખરેખર, માત્રાત્મક લક્ષણ સ્થાનો (ક્યુ. ટી. એલ.) દુષ્કાળની સ્થિતિમાં જવના બિયારણના અંકુરણ સાથે સંકળાયેલા છે. તેમજ, વધુ શુષ્ક આબોહવામાં ઉગાડવામાં આવતી જાતો ઠંડી આબોહવામાં ઉગાડવામાં આવતી જાતો કરતાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓનું વધુ સારું નિયમન દર્શાવે છે. દુષ્કાળની સ્થિતિમાં અનુકૂળ અને પ્રતિકૂળ હોય તેવા લક્ષણો જવના છોડમાં જોવા મળ્યા છે, જે સૂચવે છે કે કૃષિ ઉદ્યોગ ગરમ પ્રદેશોમાં વધવા માટે જવના છોડમાં દુષ્કાળ પ્રતિરોધક લક્ષણોની પસંદગી કરી શકે છે, અને મહત્તમ ઉપજ મેળવવા માટે ઠંડા પ્રદેશો માટે તેનાથી વિપરીત. જવના છોડમાં દુષ્કાળ સહનશીલતા માટે જવાબદાર જનીનોને ઓળખવા અને તેમને ટ્રાન્સજેનિક્સ દ્વારા અન્ય છોડની પ્રજાતિઓ અથવા જવની અન્ય જાતો પર લાગુ કરવાથી પણ આશાસ્પદ પરિણામો જોવા મળ્યા છે. એક અભ્યાસમાં વિસર્પી બેન્ટગ્રાસમાં જવમાંથી એચ. વી. એ. 1 જનીન વ્યક્ત કરવામાં આવ્યું હતું અને જાણવા મળ્યું હતું કે તે પાણીની ખાધથી થતા નુકસાનની અસરોને ઘટાડીને દુષ્કાળ સહનશીલતામાં સુધારો કરે છે. તેવી જ રીતે, જવમાંથી એચ. વી. એ. 1 જનીન ધરાવતા ટ્રાન્સજેનિક બાસમતી ચોખાના છોડ નિયંત્રણ છોડ કરતાં વધુ દુષ્કાળ સહનશીલતા દર્શાવે છે. અન્ય સંશોધનોમાં જાણવા મળ્યું છે કે દુષ્કાળના તણાવમાં જવમાં એચ. વી. એમ. વાય. બી. 1 જનીનની અભિવ્યક્તિમાં વધારો થાય છે, અને જ્યારે ટ્રાન્સજેનિક જવના છોડમાં વધુ પડતી અભિવ્યક્તિ થાય છે, ત્યારે તે દુષ્કાળ સહનશીલતામાં વધારો કરે છે. જવના છોડમાં કે + પરિવહનકારોની પ્રેરિત અતિશય અભિવ્યક્તિ પણ દુષ્કાળ સહનશીલતામાં વધારો કરે છે, કારણ કે છોડના ચયાપચય અને શરીરવિજ્ઞાનમાં કે + ઘણી ભૂમિકાઓ ભજવે છે, જેમ કે સ્ટોમેટલ છિદ્ર. અમરંથ મિલેટના સંદર્ભો જવ હોર્ડિયમ વલ્ગારે પણ જુઓ