Standardized and rapid protocol for drought tolerance screening at seedling stage in small grain cereals and their wild relatives
यह शोध पत्र लघु अनाज वाले अनाजों और उनके जंगली रिश्तेदारों के बड़े संग्रहों में अंकुर अवस्था के दौरान सूखा सहिष्णुता का मूल्यांकन करने के लिए एक तीव्र, विश्वसनीय और पुनरुत्पादनीय मृदा-आधारित स्क्रीनिंग प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है, जो प्रभावी रूप से उन विरोधाभासी जीनोटाइप की पहचान करता है जो बाद के विकासात्मक चरणों में भी अपना प्रदर्शन बनाए रखते हैं।
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सूखा एक शांत चोर है जो दुनिया की खाद्य आपूर्ति को चुरा लेता है, जो उन फसलों से जीवन को धीरे-धीरे खींच लेता है जो अरबों लोगों का पेट भरती हैं। किसानों और वैज्ञानिकों के लिए, चुनौती केवल यह समझना नहीं है कि पानी की कमी होने पर पौधे कैसे पीड़ित होते हैं, बल्कि हजारों बीजों में से उन कुछ जीवित बचे लोगों को खोजना है जो गर्मी और प्यास को सहन कर सकें। यह खोज पौधों की विशाल आनुवंशिक पुस्तकालयों को छानने की मांग करती है, जिसमें आधुनिक फसलें और उनके जंगली पूर्वज शामिल हैं, ताकि उन छिपे हुए गुणों को खोजा जा सके जो जीवन को बने रहने देते हैं। कठिनाई इस कार्य के विशाल पैमाने में निहित है; खुले खेत में हजारों पौधों का परीक्षण करना अक्सर असंभव होता है क्योंकि मौसम स्वयं अप्रत्याशित होता है, और प्रयोगशाला में एक-एक करके उनका परीक्षण करना बहुत धीमा होता है। वैज्ञानिकों को सूखे की शुष्कता को एक नियंत्रित सेटिंग में दोहराने के तरीके की आवश्यकता है, जो पौधों की भारी संख्या की स्क्रीनिंग करने के लिए पर्याप्त तेज़ हो लेकिन इतनी वास्तविक भी हो कि वह वास्तव में एक कठिन पौधे और केवल भाग्यशाली पौधे के बीच अंतर बता सके।
नॉर्थ डकोटा स्टेट यूनिवर्सिटी और USDA-ARS के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक नई, सुव्यवस्थित विधि विकसित की है। उन्होंने एक मानकीकृत तरीका बनाया है जिससे यह परीक्षण किया जा सके कि छोटे अनाज वाले विभिन्न प्रकार के अनाज और उनके जंगली रिश्तेदार पानी की कमी में कितनी अच्छी तरह जीवित रह सकते हैं, और वह भी तब जब पौधे अभी भी छोटे पौधे (सीडलिंग) हों। जटिल रासायनिक समाधानों या अप्रत्याशet मौसम पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने एक विशिष्ट मिट्टी के मिश्रण से भरे साधारण गमलों का उपयोग किया। उन्होंने गेहूं, जई (ओट्स), जौ और जंगली घास के सैकड़ों बीज लगाए, उन्हें तब तक पानी दिया जब तक मिट्टी भीग नहीं गई, और फिर बस पानी देना बंद कर दिया। मिट्टी में नमी की सावधानीपूर्वक निगरानी करके और पौधों की प्रतिक्रिया को देखकर, वे जल्दी से देख सकते थे कि कौन से पौधे मुरझा गए और कौन से टिके रहे।
इस प्रक्रिया को यथासंभव निष्पक्ष और सुसंगत बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। शोधकर्ताओं ने बिल्कुल समान आकार के गमलों का उपयोग किया, उन्हें समान मात्रा में मिट्टी से भरा, और प्रत्येक में बीजों की एक विशिष्ट संख्या लगाई। उन्होंने अपनी ट्रे के किनारों पर समान पौधों की एक सीमा (बॉर्डर) भी लगाई ताकि भीतरी पौधों को असमान वायु प्रवाह या प्रकाश से बचाया जा सके। बीज अंकुरित होने के बाद, उन्होंने गमलों की छंटाई की ताकि प्रत्येक कंटेनर में समान संख्या में स्वस्थ पौधे रहें। फिर, असली परीक्षण शुरू हुआ। उन्होंने पानी की ट्रे हटा दी और मिट्टी को स्वाभाविक रूप से सूखने दिया। उन्होंने हर पंद्रह मिनट में नमी के स्तर को ट्रैक किया, यह देखते हुए कि पानी कैसे वाष्पित हो रहा है और मिट्टी कैसे सूख रही है। जैसे-जैसे पानी गायब हुआ, पौधों ने तनाव के लक्षण दिखाने शुरू कर दिए: उनकी पत्तियां झुक गईं, मुड़ गईं और पीली पड़ गईं।
इस तनाव को मापने के लिए, टीम ने शून्य से छह तक के एक सरल दृश्य पैमाने का उपयोग किया। शून्य का स्कोर หมาย करता था कि पौधा पूरी तरह से स्वस्थ दिखता है, जिसमें मुरझाने के कोई संकेत नहीं थे। छह का स्कोर หมาย करता था कि पौधा पूरी तरह से मर चुका है या मुरझा गया है। इस पैमाने ने उन्हें हजारों पौधों को समूहों में जल्दी से वर्गीकृत करने की अनुमति दी: जो कठिन थे, जो बीच के थे, और जो सूखे के प्रति संवेदनशील थे। उन्होंने 1,200 अलग-अलग पौधों की लाइनों का परीक्षण किया, जिनमें आधुनिक गेहूं, जई, जौ और जंगली रिश्तेदार जैसे एजिलोप्स ताउशी (Aegilops tauschii) और एजिलोप्स अम्बेलुलाटा (Aegilops umbellulata) शामिल थे। परिणाम स्पष्ट थे। इस पद्धति ने सफलतापूर्वक उन पौधों को अलग कर दिया जो सूखे के दौर में जीवित रह सकते थे और उनसे जो नहीं रह सकते थे। कुछ प्रजातियां, जैसे जई, दूसरों की तुलना में अधिक समय तक टिकी रहीं, जबकि गेहूं ने जल्दी तनाव के संकेत दिखाए। लेकिन प्रत्येक समूह के भीतर, स्पष्ट विजेता और हारने वाले थे।
इस दृष्टिकोण को विशेष रूप से मूल्यवान बनाने वाली बात इसकी विश्वसनीयता थी। शोधकर्ताओं ने सबसे चरम पौधों—सबसे कठिन और सबसे नाजुक—के चयन के साथ प्रयोग को दोहराया ताकि यह देखा जा सके कि क्या उन्हें वही परिणाम मिलते हैं। उन्हें मिले। पहले दौर में जीवित रहने वाले पौधे दूसरे दौर में भी जीवित रहे, और जो पहले बार मुरझा गए थे, वे दोबारा मुरझा गए। इस निरंतरता ने यह सिद्ध किया कि यह पद्धति मौसम या मिट्टी का कोई संयोग नहीं थी, बल्कि सूखे को संभालने की पौधों की वास्तविक आनुवंशिक क्षमता का प्रतिबिंब थी। इसके अलावा, टीम यह जानना चाहती थी कि क्या एक पौधा जो सीडलिंग के रूप में कठिन था, वह बड़ा होने पर भी कठिन बना रहेगा। उन्होंने एक गेहूं के पौधे को लिया जो सीडलिंग टेस्ट में जीवित रहा था और एक अन्य को जो विफल रहा था, और उन्हें पूर्ण परिपक्वता तक उगाया। वे वयस्क पौधों को उनके विकास के महत्वपूर्ण चरणों, जैसे कि जब वे फूल खिल रहे थे और जब उनके दाने भर रहे थे, के दौरान सूखे के अधीन करते थे। परिणाम कायम रहे। जो पौधा सीडलिंग के रूप में कठिन था, वह वयस्क के रूप में भी कठिन बना रहा, जबकि कमजोर वाला संघर्ष करता रहा।
यह कार्य उन ब्रीडर्स और वैज्ञानिकों के लिए एक व्यावहारिक उपकरण प्रदान करता है जो खाद्य आपूर्ति को सुरक्षित करने के लिए समय के विरुद्ध दौड़ रहे हैं। इस तीव्र, मिट्टी-आधारित स्क्रीनिंग पद्धति का उपयोग करके, वे अब कम समय में हजारों पौधों की किस्मों का परीक्षण कर सकते हैं, जिससे प्रजनन कार्यक्रमों के लिए सबसे आशाजनक उम्मीदवारों की पहचान की जा सके। यह कमजोर कड़ियों को जल्दी ही बाहर कर देता है, जिससे उस समय और संसाधनों की बचत होती है जो उन पौधों पर खर्च किए जाते जो सूखे के मौसम में जीवित नहीं रह सकते। हालांकि यह विधि वास्तविक खेतों में परीक्षण करने की आवश्यकता को पूरा नहीं करती है, लेकिन यह एक शक्तिशाली पहला कदम प्रदान करती है, जो दुनिया की फसलों की विशाल आनुवंशिक विविधता को जीवित बचे लोगों की एक प्रबंधनीय सूची तक सीमित कर देती है। एक ऐसी दुनिया में जहाँ पानी तेजी से कम हो रहा है, इन लचीले बीजों को खोजना केवल एक वैज्ञानिक अभ्यास नहीं है; यह कृषि के भविष्य के लिए एक आवश्यकता है।
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