بیوتکنولوژی به مجموعه روشهایی که در طی چند سال اخیر بر مبنای پیشرفت های حاصل در بیولوژی مولکولی و سلولی به وجود آمده است اطلاق می گردد برخی از تکنیک ها مانند نجات جنین ، ریزازدیادی و کشت گرده از چند دهه قبل توسط به نژادگران برای اصلاح گیاهان زراعی به کار گرفته شده اند اما روش های دیگر مانند تکنولوژی مارکرهای مولکولی ، دستکاری ژن و انتقال ژنتیکی هنوز در مراحل اولیه ورود در برنامه های به نژادی هستند در اکثر موراد اساسا محصول به نژادی زیاد تحت تاثیر تکنیک ها و ابزار قرار نمی گیرند بلکه فرآیند به نژادی بیشتر تحت تاثیر قرار می گیرند ارقام اصلاح شده ای که به کمک روش های مولکولی یا سلول تولید شده اند هنوز هم به روش متداول و به صورت بذر عرضه می شوند.
تکنولوژی مولکولی و سلولی از دو روش اساس فرآیندهای اصلاحی را تحت تاثیر قرار می دهند:
1- افزایش راندمان گزینش .
2- تولید فرم های جدیدی از تنوع ژنتکی
این که آیا این ابزار جایگزین موثر و عملی برای روش های به نژادی متداول هستند یا خیر ، به اهداف ، نوع گیاه زراعی و منابع قابل دسترسی بستگی دارد.
هدف از این فصل اشاره به فرصت های موجود برای استفاده از بیوتکنولوژی جهت رسیدن به ثبات و پایداری بیشتر نظام های کشاورزی است یک نظام کشاورزی برای پایدار بودن به ده ها و یا قرن ها سال نیاز دارد تا ضمن اینکه در جهت رفاه انسان عمل می کند کیفیت محیط نیز حفظ می شود.
محیط های اجتماعی و فیزیکی متفاوت دارای انواع مختلفی از نظام های تولید گیاهان زراعی یا ارقام مختلف عملیات زراعی و شبکه های توزیع و فروش هستند علی رغم وجود راه های مختلف برای رسیدن به پایداری ، افزایش بیش از حد جمعیت عاملی است که در حد نسبتا زیادی نظام های تولید کشاورزی را تهدید می کند کشاورزی پایدار باید از نظر تولید غذا و توانایی توزیع آن برای جمعیت موجود ، خودگردان باشد چنانچه جنبه اصولی نیازها و محدودیت های بلند مدت نظام های اجتماعی و بیولوژیکی بیشتر از منافع کوتاه مدت آن مورد توجه قرار می گیرند در آن صورت نوآوری های بیوتکنوژی در راه رسیدن به یک زندگی مطلوب جهت انسان موثر واقع خواهد شد.
این بحث منحصرا به بخش هایی از تحقیقات بیوتکنولوژی محدود می شود که در آن پیشرفت های کافی به دست آمده است و امکان بررسی نقش این روش ها در افزایش ثبات و پایداری نظام های تولید کشاورزی میسر است بحث پیرامون این موضوع خواهد بود که چگونه مارکرهای مولکولی ، کشت بافت و تکنولوژی انتقال ژنتیکی در ارزیابی کاربرد افزایش تنوع ژنتیکی گیاهان زراعی و کاهش وابستکی به عومال خارجی همانند نهادهای کشاورزی ، مفید واقع خواهد شد .بسیاری از مثالهایی که مورد بحث قرار خواهد گرفت در خصوص مقاومت به آفت و کاربردهای آن در اصلاح برنج خواهد بود.تاکید ما بر روی برنج به دلیل اهمیت این گیاه زراعی برای انسان و به دلیل فعالیت های هماهنگ بین المللی برای توسعه و نیز بکارگیری رهیافت های یبوتکنولوژیکی در اصلاح برنج می باشد.
در عین حال این مطلب به ارزیابی محدودیت های موجود در بیوتکنولوژی و اینکه چگونه پیشرفت های آتی ممکن است واقعیت های فعلی را تغییر دهد خواهد پرداخت علی رغم تحول سریع تکنیک های مولکولی و سلولی نکته مهمی که باید مد نظر داشت این است که احتمالا هنوز موثرترین فرصت ها برای استفاده از بیوتکنولوژی در اصلاح گیاهان زراعی برای کشاورزی پایدار بکار گرفته نشده است.
ارزیابی و استفاده از تنوع ژنتیکی
تنوع ژنتیکی از ملزومات اصلاح نباتات است که از تکامل طبیعی ناشی شده و جزء مهمی از پایداری نظامهای بیولوژیکی می باشد که از نظر اکولوژیکی متعادل هستند. تنوع باعث تامین قابلیت سازگاری دراز مدت و بقای جمعیت می شود. در مواردی که درجه تطابق افراد بستگی به اقلیم، عوامل خاکی و اجزای زنده محیط تغییر می کند، جمع آوری افرادی با درجه تطابق مختلف به تنوع ژنتیکی جمعیت کمک می کند. نظامهای طبیعی از نظر ژنتیکی پیچیده هستند، در حالی که نظامهای کشاورزی موجود جلوه ساده ای از آن پیچیدگی هستند. در بخش آینده نقش سه نوع از ابزار بسیار متفاوت بیوتکنولوژی تعریف و سهم آنها در ارزیابی و ارتقای تنوع ژنتیکی برای استفاده در گیاهان زراعی مورد بحث قرار خواهد گرفت.
در طول زمان، اصلاح گیاهان زراعی برای کشاورزی نوین، همواره منجر به کاهش تنوع ژنتیکی شده است. زیرا غالباً ژنوتیپهای سودمند و پرمحصول در سطح وسیع به صورت تک کشتی، کشت می شوند. برای مثال در سال 1984 سطح زیر کشت واریته برنج در حدود 5/10 میلیون هکتار برآورد شده است چنین استقبال وسیعی از یک واریته این برد حاکی از گسترش تعداد اندکی از ژنها در سطح یک منطقه جغرافیایی وسیع است. علی رغم اینکه این پدیده موفقیت شایان ذکری را در به نژادی گیاهان بدنبال داشته است ولی با مشکلاتی مانند چرخه های اپیدمی آفت که قبل از انقلاب سبز غیرقابل پیش بینی بود، مواجه شده است.
کشت گسترده گیاهان زراعی که از نظر ژنتیکی یکنواخت هستند ممکن است، علی رغم مزایای کوتاه مدتی که از نظر بهبود عملکرد دارد، از طریق تاثیر سطوح غیرقابل دسترس گزینش بر جمعیت آفت، در طولانی مدت ثبات عملکرد را بهم بزند. این فشار گزینشی ممکن است در محیطهایی که برای شیوع آفات مستعد هستند، نتایج جبران ناپذیری را بدنبال داشته باشد. از جمله مهمترین مثالها در این خصوص می توان به شیوع بیماری سوختگی جبران ناپذیری را بدنبال داشته باشد. از جمله مهمترین مثالها در این خصوص می توان به شیوع بیماری سوختگی برگ ذرتکه در سال 1971 در ایالات متحده اتفاق افتاد و شکسته شدن مقاومت به زنجره قهوه ای برنج در آسیا، طی دهه 1970 اشاره نمود در برنج نیز تغییرات سریع در نژادهای بیماری سوختگی باعث شد که این تغییر از نظر زمانی جلوتر از فعالیتهای به نژادی برای تولید ارقام مقاوم باشد. به نژادگران گیاهی دائماً در جستجوی اشکال جدید هستند. ثبات عملکرد یکی از اجزای مهم کشاورزی پایدار بوده و اگر بتوان سطوح بالایی از تنوع ژنتیکی مفید را در نظامهای کشت پر محصول ترکیب نمود، می توان به آن دسترسی پیدا کرد.
به نژادگران هر دو نوع تنوع ژنتیکی متداول و جدید را در اختیار دارند. تنوع ژنتیکی گسترده ای که به طور طبیعی در اکثر گونه ها یافت می شود، فرصت بسیار مناسبی را برای اصلاح گیاهان زراعی در اختیار قرار می دهد. کلکیسونهای ژرم پلاسم محلی (in situ) و یا غیرمحلی (ex situ) به این منظور ایجاد شده اند تا چنین تنوعی را در اختیار اهداف به نژادی قرار دهند. یکی از وظایف بیوتکنولوژی این است که ژرم پلاسم به ساده ترین شکل در دسترس قرار دهد. در حال حاضر اشکال جدیدی از تنوع که از طریق مهندسی ژنتیک به وجود آمده اند نیز در مخازن ژنتیکی وجود دارد که می توانند در تکنولوژی انتقال ژنتیکی بکار گرفته شوند. استفاده بیشتر از تنوع ژنتیکی موجود می تواند به ثبات محصولات کشاورزی و در نتیجه به قابلیت پایداری کمک کند. روشهایی که در اینجا مورد بحث قرار می گیرند عبارتند از مارکرهای مولکولی، کشت بافت و سلول و انتقال ژنتیکی.