كيف يمكن لمحاصيل "التربية السريعة" أن تحدث ثورة في الزراعة

يقولون أن السرعة تقتل، ولكن عندما يتعلق الأمر بها زراعة ما يكفي من الغذاء لمستقبلناالسرعة يمكن أن تحدد الفرق بين العيد والمجاعة. لحسن الحظ، هناك مجموعة من العلماء يضعون أقدامهم على الدواسة.

هؤلاء العلماء مؤخرا نشرت ورقة توضح بالتفصيل تقنية جديدة لتربية النباتات قد يُحدث ذلك ثورة في الطريقة التي نزرع بها المحاصيل، ويُسرّع المعدل الذي يمكننا من خلاله تطوير نباتات أكثر صلابة وصحة وتنوعًا في مواجهة تغير المناخ. مع تغير المناخ، تتغير أيضًا إنتاجية النبات في منطقة معينة. قد يكون المفتاح لمستقبلنا الذي نتغذى جيدًا هو مجموعة متنوعة من المحاصيل المرنة التي يمكن أن تنمو في ظروف بيئية متنوعة.

"إن معدل المكاسب في معظم برامج تربية المحاصيل يتخلف عن المتطلبات التي يفرضها تزايد عدد السكان" براند وولف، عالم وراثة المحاصيل في مركز جون إينيس في المملكة المتحدة ومؤلف الورقة، يقول للاتجاهات الرقمية. "من خلال تسريع نمو المحاصيل وتكاثرها، سيتمكن العلماء والمربون في جميع أنحاء العالم من القيام بذلك بسرعة أكبر تربية وهندسة النباتات الأكثر تغذية، ومقاومة للأمراض، والتي تتكيف بشكل أفضل مع الغد مناخ."

وقد ثبت بالفعل أن هذه الطريقة، التي أُطلق عليها اسم "التربية السريعة"، قادرة على زراعة القمح - من البذور إلى البذور - في ثمانية أسابيع فقط. وهذا أسرع بثلاث مرات من تقنية التكاثر التي أشعلت شرارة الثورة الخضراء. ورغم أن نتائج التربية السريعة لا تزال في مرحلة المراهقة، إلا أن نتائج التربية السريعة جعلت بعض المحللين يشيرون إليها كأداة محورية في مجيء عصر زراعي جديد.

أصول الفضاء الخارجي

ربما ليس من المستغرب أن يكون مفهوم التربية السريعة قد نشأ في وكالة ناسا. أثناء العصف الذهني حول طرق زراعة القمح الفضاء الخارجي، كان لدى علماء الوكالة هذه الفكرة المجنونة - لماذا لا ثنى النباتات في ضوء مستمروتمكينهم من النضوج بسرعة أكبر؟ فالنباتات، بعد كل شيء، تحب الضوء. إنهم يتوقون إليها، إذ يقومون بطحن الفوتونات مع ثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج السكريات التي يحتاجونها للنمو. الضوء المستمر قد يعني النمو المستمر. بسيطة، أليس كذلك؟

"قال الكثير من العلماء أن هذا مستحيل" لي هيكي، عالم المحاصيل في جامعة كوينزلاند وواحد من أوائل الذين تبنوا خطة ناسا قبل عقد من الزمن، يقول الاتجاهات الرقمية. "لقد كانت فكرة متطرفة لدرجة أنهم أخبرونا أننا لا نستطيع القيام بذلك".

لكن لي وفريقه لم ينزعجوا من الرافضين. ووفاءً للمنهج العلمي، فقد "جربوا الأمر"، وصمموا تجارب لاختبار ما إذا كانت أنظمة الضوء المكثفة من شأنها أن تعزز إنتاجية النباتات.

لم يحدث ذلك. عندما قام العلماء بزراعة القمح لأول مرة في نظام التربية السريعة، "بدا الأمر فظيعًا"، كما يقول هيكي، "سيئ حقًا". ولكن من خلال سلسلة من التجارب التي قامت بتحسين أشياء مثل التغذية، إمدادات المياه، وتردد الضوء، ودرجة حرارة الدفيئة، بدأت الأعشاب تنضج بسرعة أكبر وأكثر ملاءمة، حتى أنها أظهرت إنتاجية حبوب أكثر من الدفيئة المزروعة تقليديًا قمح.

واستقر لي ورايت وزملاؤهما، بما في ذلك باحثون من جامعة سيدني، على نظام خفيف من شأنه أن يجعل حتى أكثر عباد الشمس تقوىً يرفضون ذلك. تعتبر محاصيل "النهار الطويل" مثل القمح والشعير والحمص (التي تزهر استجابة لدورات النهار الأطول) تتعرض لما يصل إلى 22 ساعة من الضوء المستمر يوميًا، المنبعث من مصابيح LED المعلقة فوق النمو أسرة.

الحاجة إلى السرعة

وبموجب بروتوكول التربية السريعة، يمكن للنباتات مثل القمح أن تنتقل من البذور إلى البذور في ثمانية أسابيع فقط، مما يعني أن المربين يمكن أن ينمووا ما يصل إلى ستة أجيال كل عام.

"إن الابتكار الحقيقي الذي يظهرونه هنا هو القدرة على تحويل الأجيال بسرعة كبيرة" تشارلز برومريقول عالم المحاصيل بجامعة كاليفورنيا في ديفيس والرئيس السابق لجمعية علوم المحاصيل الأمريكية، والذي لم يشارك في الدراسة. "هذا جانب رئيسي في تربية النباتات."

مع كل جيل جديد، يحاول الباحثون التكاثر في الصفات المرغوبة بينما يقومون بتكاثر الصفات غير المرغوب فيها. وكلما أسرعوا في الانتقال من البذرة إلى البذرة لجيل كامل، كلما تمكنوا بشكل أسرع من إزالة السمات غير المرغوب فيها مع الترويج للصفات المطلوبة.

لنأخذ على سبيل المثال ظاهرة إنبات القمح قبل الحصاد (PHS)، وهي الظاهرة التي تتسبب في إنبات القمح قبل الأوان بسبب هطول الأمطار لفترة طويلة والرطوبة العالية.

يقول هيكي: "هذه مشكلة كبيرة في أستراليا لأن جميع أصنافنا معرضة للإصابة".

يتم التحكم في القابلية للإصابة بـ PHS جزئيًا على الأقل عن طريق الوراثة، وذلك عن طريق التربية الانتقائية وتهجين أنواع مختلفة من القمح ويهدف الباحثون إلى القضاء على هذه السمة الوراثية، مما يجعل أجيال القمح المستقبلية أكثر مرونة في مواجهة هطول الأمطار الغزيرة رطوبة. وقد اعتمدت شركة Dow AgroSciences بالفعل تقنية التربية السريعة وطورت مجموعة متنوعة من القمح المقاوم لـ PHS.

الأمر بهذه البساطة: قم بزيادة سرعة انتقال المحصول من البذور إلى البذور، مما يسهل على المربين تطوير المحاصيل المرغوبة. عززها بثلاثة أضعاف وستمنحهم أداة استثنائية لإنشاء محاصيل النخبة.

يقول وولف: «يمكن العثور على العديد من الجينات المقاومة للأمراض في الأقارب البرية لنباتات المحاصيل المستأنسة لدينا، ولكنها متقاطعة إن نقل الجين المقاوم للأمراض من القمح البري إلى صنف النخبة المستأنس يشبه تربية حصان السباق مع حمار! يستغرق الأمر سنوات عديدة... للجمع بين أفضل ما في العالمين. ويمكن أن يؤدي الاستيلاد السريع إلى تسريع هذه العملية وتقصير الوقت اللازم لتطوير صنف قمح جديد يتمتع بصفات متفوقة.

يقول برومر بصراحة. ويقول: "التحرك بشكل أسرع هو اسم اللعبة". "هذه إحدى الطرق للتحرك بشكل أسرع كثيرًا."

حقول الأحلام

ومع ذلك، فإن معظم القمح الذي يدخل في صناعة المعكرونة والخبز لا يُزرع في البيوت الزجاجية، وهناك الكثير منه الذي يتبع مراحل التكاثر الأولية.

يوضح برومر: "في مرحلة ما، وبغض النظر عن الأدوات الجينومية التي تستخدمها، فإنك تحتاج إلى وضع النباتات في الحقل ومعرفة كيفية أدائها".

في هذا المجال يتم اختبار تجارب الدفيئة. يمكن لمجموعة متنوعة من المحاصيل أن تؤدي أداءً جيدًا في بيئة صناعية، حيث تكون درجة الحرارة وإمدادات المياه وأنظمة الإضاءة بسهولة منظمة، ولكن إذا لم تزدهر في الحقل، حيث تزرع الغالبية العظمى من محاصيلنا، فمن الناحية العملية عديم الفائدة. ويجب أن تكون أصناف القمح الجديدة منتجة في العناصر التي يحتاجها المزارعون.

يقول هيكي: "إن الاختبار الميداني أمر بالغ الأهمية". "علينا أن نحقق ذلك ونتأكد من أن الأصناف التي نطرحها للمزارعين مثبتة ولها سجل حافل. لا يزال يتعين عليهم اجتياز تلك السنوات الثلاث أو الأربع من التقييم الميداني.

ومع ذلك، حتى بحساب السنوات القليلة من الاختبارات الميدانية، يقدر هيكي أن التكاثر السريع يمكن أن يتقلص في أربع أو خمس دورات تكاثر قبل عام 2050، عندما ينخفض ​​عدد السكان. ومن المتوقع أن يتجاوز تسعة مليارات وسيكون تغير المناخ ملموسا في جميع أنحاء العالم. والأمل هو أن يتمكن المربون، في العقود القليلة المقبلة، من تطوير أصناف تتمتع بالمرونة الكافية لتحمل ما تلقيه البيئة عليهم.

"إن الطقس والمناخ يتغيران دائمًا إلى حد ما، ولكن ما نراه الآن هو أن المناخ يتغير يتغير بسرعة أكبر، وربما نشهد طقسًا أكثر تطرفًا نتيجة لذلك”. يقول. "ربما تحتاج الأصناف الجديدة التي تتكيف مع منطقة معينة إلى أن تكون أكثر حدة، لذلك سنحتاج إلى التكاثر بشكل أسرع وتطوير أصناف أكثر مما كانت عليه في الماضي. هذا هو المكان الذي يمكن أن تساعد فيه هذه الطريقة. وأي شيء يمكنك القيام به لتقصير هذا الوقت لإدخال أصناف نباتية جديدة إلى الحقل سيكون مفيدًا.

التحديات المقبلة

حتى الآن، أظهر التكاثر السريع الإمكانية الأكبر في أنواع النهار الطويل التي تزدهر استجابةً للنمو لفترة أطول أيام، مما يجعل هيكي وزملائه واثقين من نجاحه مع نباتات مثل عباد الشمس، والفلفل، ونباتات أخرى الفجل.

يقول: "سيكون من الصعب تطبيق التربية السريعة على أنواع "النهار القصير" مثل الأرز والذرة والذرة الرفيعة، لكنني أعتقد أن هناك مجالًا لتحسين نظام التدوير السريع. إنها مجرد مسألة تعديل الفترة الضوئية وأنظمة درجة الحرارة.

في الواقع، على الرغم من كون الفول السوداني من أنواع "اليوم القصير"، فقد أظهر بعض الباحثين بالفعل أن التكاثر السريع يفيد هذه البقوليات أيضًا.

يقول غرايم رايت، وهو مربي لدى شركة Peanut Company الأسترالية: "لقد نجحنا في استخدام تقنية التربية السريعة التي طورها باحثو جامعة كوينزلاند في الفول السوداني منذ عدة سنوات". يعتقد رايت أن فترات الضوء الطويلة المستخدمة في التربية السريعة ربما تكون في الواقع اختيارًا لنباتات فردية ذات حساسية لطول النهار، وهو ما يراه يقول "إنها سمة مرغوبة لأنها تعني... أن الأصناف التي يتم تطويرها يجب أن يكون لديها تكيف واسع النطاق مع خطوط العرض، مع عدم اعتماد النمو الإنجابي على اليوم" طول."

كريسبر وما بعدها

وينبغي النظر إلى هذه الطريقة الجديدة باعتبارها ذخيرة يمكن للمربيين إضافتها إلى الترسانة المتنامية من الأسلحة الجينية. على مدى السنوات القليلة الماضية، مكّن التقدم في علم الجينوم العلماء من استخدام أدوات تحرير الجينات مثل كريسبر لتعديل الجينومات لتشمل أشياء مثل مقاومة الجفاف وتغذية أعلى.

يقول هيكي: "إن تربية السرعة هي إحدى أدوات السقيفة". "سيأتي التأثير الحقيقي من الجمع بين هذه الأداة والتقنيات الأخرى المتوفرة لدينا والتي تتطور بسرعة في مجال تربية النباتات. كريسبر، وأدوات علم الجينوم، واختيار الجينوم، والتنبؤ.

لكن الباحثين يدركون أنه لن يكون من السهل تحويل جميع المربين إلى نظام التربية السريعة. العادات القديمة تموت بصعوبة، والعلماء متشككون بطبيعتهم. أضف إلى ذلك تغييرات البنية التحتية اللازمة للانتقال إلى مثل هذا الأسلوب، ومن الواضح أن هناك طريقًا وعرًا أمامنا. ومع ذلك، من خلال بحثهما المنشور مؤخرًا، يأمل هيكي ورايت أن يرى المربون والباحثون الآخرون الإمكانات في أسلوبهم.

بالنسبة لأولئك المهتمين بتبني التربية السريعة، لدى هيكي اقتراح بسيط حول كيفية البدء - "فقط اترك الأضواء مضاءة، يا صديقي".

توصيات المحررين

• لتوفير مساحة أكبر للماشية، سيقوم الهولنديون بنقل الأبقار إلى مزرعة عائمة