نباتات سريعة النمو في ولاية ويسكونسن

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

"نباتات ويسكونسن سريعة النمو" هي علامة تجارية مسجلة لصنف من نبات اللفت ( Brassica rapa )، طُوِّر ككائن نموذجي سريع النمو لأغراض البحث والتدريس. تنتمي نباتات ويسكونسن سريعة النمو إلى الفصيلة الكرنبية (Brassicaceae)، وهي وثيقة الصلة باللفت والبوك تشوي . طُوِّرت هذه النباتات وفقًا لنموذج مثالي للكائن النموذجي يُستخدم في تسريع أبحاث النبات. وبالمثل، فإن دورة حياتها السريعة وخصائصها الأخرى ككائنات نموذجية سهّلت زراعتها بأعداد كبيرة في الفصول الدراسية. على مدى العقود القليلة الماضية، زُرعت هذه النباتات في الفصول الدراسية والمختبرات حول العالم. [ 1 ] [ 2 ]

أصل

طُوِّرت نباتات ويسكونسن السريعة النمو في البداية كجزء من مشروع تهجين أوسع نطاقًا لأنواع الكرنب سريعة النمو، والذي بدأ في أوائل سبعينيات القرن الماضي. [ 1 ] تم اختيار نباتات ويسكونسن السريعة النمو، إلى جانب أنواع أخرى من الكرنب سريعة النمو، من خلال التهجين النباتي التقليدي لتكون أداةً تُسرِّع البحث الجيني لمقاومة الأمراض في محاصيل الكرنب ذات الأهمية الاقتصادية. [ 3 ] من خلال تطوير مجموعات من الكرنب ذات دورات حياة أقصر، أمكن إنتاج أجيال عديدة من النباتات في وقت قصير، مقارنةً بأنواع الكرنب الأصلية. إضافةً إلى ذلك، تم تهجين نباتات ويسكونسن السريعة النمو انتقائيًا لتتطلب الحد الأدنى من حجم الركيزة، وتزدهر تحت الإضاءة الفلورية، ولا تحتاج إلى فترة سكون قبل أن تنبت البذور. نتج عن هذه الصفات كائن نموذجي ذو دورات حياة قصيرة، مما يسمح بزراعة عينات كبيرة الحجم في المختبر بأقل مساحة ممكنة. وقد أدت هذه الصفات البحثية المثالية نفسها إلى جعل نباتات ويسكونسن سريعة النمو مناسبة بشكل خاص للاستخدام في الفصول الدراسية، مما يسمح للطلاب والمعلمين بزراعة أجيال متعددة وإجراء تجارب على النباتات داخل الفصول الدراسية خلال العام الدراسي. [ 4 ]

الأستاذ الفخري بول إتش. ويليامز، من جامعة ويسكونسن-ماديسون، هو عالم أمراض النبات الذي شرع في إنتاج كائن نموذجي يُناسب رؤيته لتحسين قدراته البحثية. [ 4 ] حصل الأستاذ ويليامز على أكثر من 2000 عينة من أنواع الكرنب من النظام الوطني للبلازما الجرثومية التابع لوزارة الزراعة الأمريكية . ومن خلال زراعة هذه العينات، وجد ويليامز عددًا قليلًا من النباتات في كل نوع تنمو وتزهر في وقت أقصر بكثير من غيرها. تم اختيار هذه النباتات سريعة الإزهار لتطوير مجموعات سريعة التكاثر من الكرنب. [ 5 ] ومن بين هذه المجموعات، ظهر الكرنب الملفوف سريع التكاثر ، والذي أُطلق عليه لاحقًا اسم نباتات ويسكونسن السريعة (المعروفة أيضًا باسم النباتات السريعة).

معايير الاختيار

تم إنتاج نباتات ويسكونسن سريعة النمو، وما زالت تُحسّن لأغراض البحث والتعليم، باستخدام أساليب تربية النباتات التقليدية، دون أي تقنيات هندسة وراثية حديثة. ركز الانتقاء على سمات متعددة لتطوير الكائن النموذجي الأمثل، بما في ذلك: [ 5 ]

  • جيل قصير (من البذرة إلى البذرة)
  • خصوبة عالية للإناث (إنتاج وفير للبذور)
  • لا يوجد سكون للبذور (قادرة على الإنبات مباشرة بعد الحصاد)
  • بدء سريع للإزهار/التكاثر، بدون استجابة للضوء
  • نافذة نضج ضيقة (تزهر جميع النباتات في نفس الوقت)
  • يتحمل النمو في ظروف كثافة نباتية عالية (مع الحد الأدنى من المنافسة)
  • القدرة على الازدهار باستخدام الطاقة المستمدة من الإضاءة الاصطناعية المكثفة والمستمرة في ظروف المختبر
  • إمكانية زراعتها في كميات صغيرة من التربة باستخدام بيئات زراعية بسيطة وقابلة للتكرار
  • الاحتفاظ بالتنوع الجيني داخل التجمعات السكانية سريعة التكاثر

التصنيف

يحتوي جنس الكرنب على تنوع شكلي كبير، سواء بين أنواع الكرنب أو داخلها ، وكذلك بين الأنواع الفرعية. [ 6 ] ومن أوجه الاختلاف بين أنواع الكرنب الفترة الزمنية اللازمة لنمو جيل واحد من بذرة إلى أخرى. تُعرف أنواع الكرنب التي تم تهجينها لتكون ذات دورة نمو قصيرة جدًا باسم الكرنب سريع النمو. وقد تم تهجين أصناف سريعة النمو في العديد من أنواع الكرنب ، بما في ذلك الكرنب اللفت (Brassica rapa )، الذي تنتمي إليه نباتات ويسكونسن سريعة النمو. [ 7 ]

منذ أن تم إنشاء أول مجموعة من نباتات ويسكونسن سريعة النمو من خلال التربية الانتقائية، استمر تطويرها وتربيتها للحفاظ على استدامة هذه المجموعات وتنوعها الجيني. على الرغم من أن نباتات ويسكونسن سريعة النمو قد تم تهجينها من سلالات مختلفة من جنس الكرنب ، إلا أن شكلها يُشبه إلى حد كبير نبات الخردل البني، وهو نوع من الكرنب الزيتي يُزرع في غرب جبال الهيمالايا. ولذلك، يُمكن الإشارة إلى نباتات ويسكونسن سريعة النمو علميًا باسم الكرنب البني المتفرع ثنائي الفصوص (Brassica rapa ssp. dichotoma ).

التوزيع والموئل

في حين يمكن العثور على العديد من أنواع الكرنب تنمو بريًا أو في مجموعات برية هاربة حول العالم، فقد تم تطوير نباتات ويسكونسن فاست لتكون كائنًا نموذجيًا ينمو في ظروف داخلية ولا ينجو عادة في البرية.

قد تتحمل نباتات ويسكونسن فاست مجموعة متنوعة من البيئات، ولكن قد تكون دورة حياتها أبطأ وقد ينخفض ​​محصول بذورها في ظل ظروف غير مثالية. تشمل ظروف النمو المثالية لنباتات ويسكونسن فاست ما يلي [ 8 ]

  • إضاءة مستمرة وغير منقطعة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع بقوة لا تقل عن 200 ميكرومول/م2/ثانية
  • درجات حرارة تتراوح بين 65 و78 درجة فهرنهايت (18-25 درجة مئوية)
  • وسط زراعي مطحون ناعماً وجيد التهوية وذو تصريف جيد
  • توافر المياه بشكل مستمر عبر نظام الفتيل والخزان
  • يتوفر السماد على شكل حبيبات بطيئة الإطلاق أو سائل.

دورة الحياة

تتميز نباتات ويسكونسن سريعة النمو بدورة حياة قصيرة للغاية. عند زراعتها في ظروف مثالية، تُزهر هذه النباتات في غضون 14 يومًا وتُنتج بذورًا قابلة للحصاد بعد حوالي 40 يومًا من الزراعة. تتوافق أوصاف مراحل نمو نباتات ويسكونسن سريعة النمو التالية مع النباتات التي تُزرع في ظروف مثالية. أما النباتات التي تُزرع في ظروف أقل مثالية، فتنمو وتتطور عادةً بمعدلات أبطأ. [ 9 ]

اليومان 1-2

بعد الزراعة والري، تنبت البذرة. خلال الإنبات ، تمتص البذرة الماء وتنتفخ حتى يتشقق غلافها. والجذير هو أول جزء يخرج من البذرة.

اليوم الثالث

يخترق السويق الجنيني (ساق البذرة) سطح التربة، ساحباً معه الفلقتين (أوراق البذرة). وعندما لا تعود هناك حاجة للغلاف الواقي للبذرة، يسقط من الفلقتين إلى التربة. ويمكن ملاحظة الكلوروفيل وصبغات الأنثوسيانين الأرجوانية بمجرد ظهور البادرة.

اليوم الرابع

فوق سطح الأرض، يستطيل السويقة الجنينية بينما تتجه النبتة للأعلى بحثًا عن الضوء. أما تحت سطح الأرض، فتنمو الجذور للأسفل وتثبت الشتلة في التربة.

الأيام 5-8

فوق سطح الأرض، يستطيل الساق، وتنمو الأوراق الحقيقية من نقطة في أعلى النبات تُسمى المرستيم القمي (البرعم). أما تحت سطح الأرض، فتنمو الشعيرات الجذرية، مما يزيد من مساحة سطح الجذر ويساعد على امتصاص الماء والمغذيات من التربة المحيطة.

الأيام 9-13

تبدأ النبتة بالتحول إلى مرحلة التكاثر، فتتوقف عن نمو الساق والأوراق وتبدأ في تكوين الأزهار. تنمو براعم الزهور من المرستيم القمي (الفرعي).

الأيام 14-17

نباتات ويسكونسن السريعة القياسية ذات مياسم أرجوانية

تتفتح الأزهار. تطلق الأسدية حبوب اللقاح من المتوك، وتصبح المدقات جاهزة لاستقبالها عند طرف الميسم. إذا انتقلت حبوب اللقاح من زهرة إلى أخرى، يحدث التلقيح. تنمو حبوب اللقاح التي تسقط على ميسم مدقة زهرة أخرى أنبوبًا داخل المدقة، حيث توجد البويضات. ثم تتحرك الحيوانات المنوية (من داخل حبوب اللقاح) عبر الأنبوب حتى تصل إلى البويضات، فيحدث الإخصاب. النباتات سريعة النمو غير متوافقة ذاتيًا؛ لذلك، يتطلب الإخصاب الناجح انتقال حبوب اللقاح بين نبتتين منفصلتين.

الأيام 18-20

تنمو البويضات المخصبة داخل مياسم الأزهار وتتطور لتصبح أجنة بذور جديدة. ينتفخ الجزء الخارجي من الميسم ليصبح جراب البذور (الثمرة) الذي يغلف عدة بذور.

الأيام من 21 إلى 40

تذبل بتلات الزهور تدريجيًا وتسقط بينما تنضج الأجنة داخل قرون البذور. بعد عشرين يومًا من التلقيح الأخير، تُرفع النباتات من الماء وتُترك لتجف، ثم تبدأ عملية نضج البذور. عندما تصبح النباتات بنية اللون وجافة وهشة، يمكن حصاد البذور وتخزينها أو زراعتها. يوجد داخل كل بذرة جنين صغير ينتظر الماء والدفء لينبت ويصبح نبتة جديدة، لتبدأ دورة الحياة من جديد.

الاستخدامات

نظراً لدورة حياتها القصيرة، ومتطلبات نموها المتاحة على نطاق واسع، واستجابتها للمتغيرات البيئية، فإن نباتات ويسكونسن السريعة وغيرها من نباتات الكرنب سريعة النمو لها قائمة طويلة من الاستخدامات في التطبيقات التعليمية والبحثية.

التعليم الابتدائي والثانوي والعالي

بدأ برنامج التوعية التعليمية المرتبط بنباتات ويسكونسن سريعة النمو في جامعة ويسكونسن-ماديسون من خلال مجموعة متنوعة من المشاريع الممولة بمنح، وذلك عندما أظهر هذا الكائن النموذجي إمكانات تعليمية واعدة. ويستمر برنامج نباتات ويسكونسن سريعة النمو حتى يومنا هذا، حيث يتطور بالتعاون مع معلمين من جميع المستويات، ويوفر كموارد تعليمية مفتوحة عبر الإنترنت مجموعة متنوعة من خطط الدروس، وبروتوكولات التجارب، وخطط بناء أنظمة الإضاءة والزراعة المنزلية، وغيرها. وتتمثل مهمة برنامج نباتات ويسكونسن سريعة النمو في دعم الباحثين والمعلمين من جميع المستويات في التدريس والتعلم باستخدام نباتات ويسكونسن سريعة النمو ككائن نموذجي. وتُقدم الموارد التي طورها برنامج نباتات ويسكونسن سريعة النمو والمتاحة على موقعه الإلكتروني بموجب رخصة المشاع الإبداعي - النسبة - الترخيص بالمثل. [ 10 ]

استُخدمت نباتات ويسكونسن سريعة النمو، ولا تزال تُستخدم، ككائنات نموذجية لتدريس دورات الحياة، وعلم التشريح، والتكاثر، وعلم الوراثة الكمي والمندلي، وعلم الأحياء الجزيئي، وتربية النباتات، وعلم التلقيح، وعلم البيئة، وعلم الزراعة، وغير ذلك الكثير. [ 11 ] [ 7 ] إضافةً إلى ذلك، يستخدم الطلاب نباتات ويسكونسن سريعة النمو بشكل متكرر لإجراء بحوث مستقلة في فعاليات مثل أولمبياد العلوم. [ 12 ]

تطبيقات البحث

تُمكّن نباتات ويسكونسن سريعة النمو الباحثين من زراعة أعداد كبيرة من النباتات بسرعة في مساحة صغيرة نسبيًا ودون الحاجة إلى دفيئة. ونتيجةً لذلك، تُستخدم هذه النباتات بكثرة ككائنات نموذجية في العديد من الدراسات. ولتوضيح مدى اتساع نطاق استخدامها، أظهر بحثٌ على محرك بحث جوجل سكولار في مايو 2022 عن عبارة "نباتات ويسكونسن سريعة النمو" 993 نتيجة، بينما أسفر البحث عن عبارة " Brassica rapa سريعة النمو " عن 750 مقالة علمية. وتتنوع مواضيع هذه المنشورات بين البحوث التربوية ودراسات حول ظواهر مثل تحمل الجفاف، وإنبات حبوب اللقاح، [ 13 ] وسلوك الملقحات، وفعاليتها، [ 14 ] وتقنيات التحويل الوراثي، [ 15 ] والمعالجة النباتية للتربة، ومقاومة الأمراض، وفعالية تعلم الطلاب وتحليل التباين الملحوظ، [ 16 ] وديناميات التجمعات النباتية، [ 17 ] والتجدد من الأنسجة النباتية، [ 18 ] وغيرها الكثير.

إضافةً إلى الأبحاث العلمية التي تُجرى في المختبرات التقليدية، استُخدمت بذور نباتات ويسكونسن سريعة النمو في أبحاث نباتية أُجريت في الفضاء. ومن أبرز الأمثلة على ذلك، على متن محطة الفضاء مير عام ١٩٩٧، حيث كانت بذور نباتات ويسكونسن سريعة النمو أول بذور تُنبت في الفضاء من نباتات زُرعت ولُقّحت وحُصدت في الفضاء. [ ١٩ ] [ ٢٠ ] [ ٢١ ]

مراجع

  1. ١ ٢ "الأصناف الجديدة لبرنامج النباتات السريعة مُصممة خصيصًا للاستخدام في الفصول الدراسية" . news.wisc.edu . ٨ ديسمبر ٢٠١٦. تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٢ يوليو ٢٠٢٢ .
  2. ↑ موسغريف، م. إي. (2000). "تحقيق إمكانات نباتات الكرنب سريعة النمو كنظام نموذجي للاستخدام في أبحاث بيولوجيا النبات". مجلة تنظيم نمو النبات . 19 (3): 314-325 . Bibcode : 2000JPGR...19..314M . doi : 10.1007/s003440000036 . ISSN 0721-7595 . PMID 11806422. S2CID 39727564 .   
  3. ↑ "الأصل" . نباتات ويسكونسن سريعة النمو® . تم الاسترجاع في 12 يوليو 2022 .
  4. 1 2 ما مدى سرعة نمو نباتات ويسكونسن السريعة؟، 11 نوفمبر 2007 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يوليو 2022
  5. 1 2 ويليامز، بول هـ.؛ هيل، كورتيس ب. (13-06-1986). "تجمعات سريعة التكاثر من جنس الكرنب ". مجلة ساينس . 232 (4756): 1385-1389 . رمز Bibcode : 1986Sci...232.1385W . doi : 10.1126/science.232.4756.1385 . ISSN 0036-8075 . PMID 17828914. S2CID 25779465 .   
  6. ↑ داس، سانديب؛ راجاجوبال، جيوتي؛ بهاتيا، سابياتا؛ سريفاستافا، ب.س؛ لاكشميكوماران، مالاثي (1999-12-01). "تقييم التباين الوراثي ضمن أصناف Brassica campestris باستخدام تعدد أطوال القطع المضخمة والتضخيم العشوائي لعلامات الحمض النووي متعددة الأشكال". مجلة العلوم البيولوجية . 24 (4): 433-440 . doi : 10.1007/BF02942653 . ISSN 0973-7138 . S2CID 45238456 .  
  7. 1 2 تومكينز، ستيفن ب.؛ ويليامز، بول هـ. (1990-12-01). "نباتات سريعة النمو لعلم أدق - مقدمة في بيولوجيا نبات اللفت ( Brassica campestris ( rapa ) L.) سريع النمو". مجلة التعليم البيولوجي . 24 (4): 239-250 . doi : 10.1080/00219266.1990.9655152 . ISSN 0021-9266 . 
  8. ↑ "التحضير" . نباتات ويسكونسن سريعة النمو® . تم الاسترجاع في 12 يوليو 2022 .
  9. ↑ شتاينبرينر، آدم د.؛ أجربيرك، نيلز؛ أوريانز، كولين م.؛ تشيو، فرانسيس س. (2012-12-01). "الضغوط اللاأحيائية العابرة تؤدي إلى استجابات دفاعية وتكاثرية كامنة خلال دورة حياة نبات اللفت (Brassica rapa )". علم البيئة الكيميائية . 22 (4): 239-250 . Bibcode : 2012Chmec..22..239S . doi : 10.1007/s00049-012-0113-y . ISSN 1423-0445 . S2CID 15208515 .  
  10. ↑ "Creative Commons — Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported — CC BY-NC-SA 3.0" . creativecommons.org . تاريخ الاسترجاع: 12 يوليو 2022 .
  11. ↑ كيلي، مارتن ج. (2004). طرق عملية لاستخدام نبات "براسيكا رابا" سريع النمو في تدريس وبحوث علم البيئة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يوليو 2022 .{{cite book}}تم |website=تجاهله ( مساعدة )
  12. ↑ ديفيدسون، ل. (2000). "النباتات سريعة النمو - هل هي مستعدة لتغيير بيولوجيا النبات لديك إلى الأبد؟". معلم العلوم النيوزيلندي . 95 : 12-13 . ISSN 0110-7801 . 
  13. ↑ لوربيك، رينيه (1 أكتوبر 2012). "تكاثر النباتات ورحلة أنبوب اللقاح - كيف تجذب الإناث الذكور" . مُعلِّم الأحياء الأمريكي . 74 (8): 575-580 . doi : 10.1525/abt.2012.74.8.8 . ISSN 0002-7685 . S2CID 86823748 .  
  14. ^ أتمويدي، تري؛ الأماكن القريبة : مانوتو، سجافريدا؛ سوريوبروتو، بامبانج؛ هداية، بورناما (2012). "تنوع الحشرات الملقحة وعلاقتها بمجموعة بذور الخردل ( Brassica Rapa L.: Cruciferae)" . مجلة حياتي للعلوم البيولوجية . 14 (4): 155– 161. دوى : 10.4308/hjb.14.4.155 . ISSN 1978-3019 . 
  15. ↑ هو، دي؛ بنت، أندرو ف.؛ هو، شيلين؛ لي، يينغ (10 يونيو 2019). "التسريب الفراغي والتحول بالغمر الزهري لنبات اللفت سريع النمو ( Brassica rapa) بوساطة بكتيريا الأغروبكتيريوم " . مجلة BMC لبيولوجيا النبات . 19 (1): 246. Bibcode : 2019BMCPB..19..246H . doi : 10.1186/s12870-019-1843-6 . ISSN: 1471-2229 . PMC: 6558690. PMID : 31182023 .   
  16. ↑ باتزلي، جانيت م.؛ سميث، آمبر ر.؛ ويليامز، بول هـ.؛ ماكجي، سيث أ.؛ دوسا، كاتالين؛ بفاماتر، جيسي (2014-09-01). "ما وراء مربعات بونيت: ربط الكلمات لدى الطلاب وتفسيرات التباين الظاهري من خلال وحدة علم الوراثة الكمية التكاملية التي تبحث في وراثة وتعبير الأنثوسيانين في نباتات Brassica rapa Fast" . CBE: تعليم علوم الحياة . 13 (3): 410-424 . doi : 10.1187/cbe.13-12-0232 . PMC 4152203. PMID 25185225 .  
  17. ↑ لوي، فيديريكو ل. إينيغيز؛ نينهاوس، جيمس (2000-06-01). "048 تأثيرات التزاوج الداخلي في مجموعة من نباتات "ويسكونسن فاست بلانتس" من نوع براسيكا رابا " . هورت ساينس . 35 (3): 396E–396. doi : 10.21273/HORTSCI.35.3.396E . ISSN 0018-5345 . 
  18. ↑ كوجبيل، س.؛ فولكون، ت.؛ جونز، ج.؛ ماكدانيال، م.؛ هارمون، ج.؛ بلاكمون، ر.؛ يونغ، م. (2010-05-01). "تجديد البراعم العرضية من أجزاء الفلقات في نباتات Brassica rapa L. سريعة النمو". زراعة الخلايا والأنسجة والأعضاء النباتية . 101 (2): 127-133 . Bibcode : 2010PCTOC.101..127C . doi : 10.1007/s11240-010-9669-9 . ISSN 1573-5044 . S2CID 8367214 .  
  19. ↑ موسغريف، م.؛ كوانغ، أ.؛ شياو، ي.؛ وآخرون . (2000). "استقلالية دورة البذور في نبات اللفت (Brassica rapa) عن الجاذبية " . بلانتا . 210 (3): 400-406 . Bibcode : 2000Plant.210..400M . doi : 10.1007/PL00008148 . PMID 10750897. S2CID 23211870 – عبر Springer Link.   
  20. ↑ كوانغ، أنشيو؛ بوبوفا، أنطونينا؛ شياو، يينغ؛ موسغريف، ماري إي. (2000-03-01). "التلقيح وتطور الجنين في نبات اللفت (Brassica rapa L.) في بيئة انعدام الجاذبية". المجلة الدولية لعلوم النبات . 161 (2): 203-211 . Bibcode : 2000IJPlS.161..203K . doi : 10.1086/314254 . ISSN 1058-5893 . PMID 10777443. S2CID 24716211 .   
  21. ↑ "النباتات في الفضاء: بذور ويسكونسن أول من تنبت من مخزون مزروع على محطة مير الفضائية" . news.wisc.edu . 10 سبتمبر 1997. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يوليو 2022 .