Тези учени наскоро публикува документ, описващ подробно нова техника за развъждане на растения това може да революционизира начина, по който отглеждаме култури и да ускори скоростта, с която можем да развием по-издръжливи, по-здрави и по-гъвкави растения в лицето на изменението на климата. С промяната на климата се променя и производителността на растението в даден регион. Ключът към нашето добре нахранено бъдеще може да бъде разнообразие от устойчиви култури, които могат да растат в различни условия на околната среда.
„Много учени казаха, че това е невъзможно. Беше толкова радикална идея, че ни казаха, че не можем да го направим.
„Процентът на печалба в повечето програми за отглеждане на култури изостава от изискванията, поставени от нарастващото население,“ Бранде Вулф, генетик по културите в John Innes Center в Обединеното кралство и автор на статията, разказва Digital Trends. „Чрез ускоряване на растежа и възпроизводството на културите учените и животновъдите по света ще могат да го правят по-бързо отглеждайте и създавайте растения, които са по-хранителни, устойчиви на болести и които са по-добре адаптирани към утрешния ден климат."
Подходящо наречен „бързо размножаване“, методът вече е показал, че отглежда пшеница – от семе до семе – само за осем седмици. Това е три пъти по-бързо от техниката на размножаване, която предизвика Зелена революция. Въпреки че все още е в юношеска възраст, резултатите от бързото размножаване карат някои анализатори да го посочват като основен инструмент в настъпването на нова земеделска ера.
Космически произход
Може би не е изненада, че концепцията за скоростно размножаване произхожда от НАСА. Докато обмисляте начини за отглеждане на пшеница космическо пространство, учените от агенцията имаха тази луда идея - защо не драпирайте растенията на постоянна светлина, което им дава възможност да узреят по-бързо? В крайна сметка растенията обичат светлината. Те го жадуват, смазвайки фотони заедно с въглероден диоксид и вода, за да създадат захарите, от които се нуждаят, за да растат. Постоянната светлина може да означава непрекъснат растеж. Просто, нали?
Д-р Бранде Вулф (вляво) и д-р Лий Хики разглеждат бързо отгледани пшенични култури. Снимка: Hickey Lab/Университет на Куинсланд
„Много учени казаха, че това е невъзможно,“ Лий Хики, учен по културите в Университета на Куинсланд и един от първите, които приеха плана на НАСА преди десетилетие, разказва Digital Trends. „Беше толкова радикална идея, че ни казаха, че не можем да го направим.“
Но Лий и екипът му не бяха обезпокоени от отрицателните. Верни на научния метод, те „пробваха“, проектирайки експерименти, за да проверят дали интензивните светлинни режими ще повишат продуктивността на растенията.
Не стана. Когато учените за първи път отглеждат пшеница в система за бързо размножаване, „те изглеждаха ужасно“, казва Хики, „наистина хилави“. Но чрез поредица от експерименти, които оптимизираха неща като храненето, снабдяването с вода, честотата на светлината и температурата в оранжерията, тревите започнаха да узряват по-бързо и добре, като дори показаха по-висока продуктивност на зърно от конвенционално отглежданите в оранжерии пшеница.
Лий, Райт и техните колеги, включително изследователи от университета в Сидни, се спряха на лек режим, който би накарал дори най-преданите поклонници на Слънцето да се въздържат. Културите с „дълъг ден“ като пшеница, ечемик и нахут (които цъфтят в отговор на по-дълги дневни цикли) са изложена на до 22 часа непрекъсната светлина на ден, осветена от LED лампи, окачени над растението легла.
Необходимостта от скорост
Съгласно протокола за бързо размножаване растения като пшеницата могат да преминат от семе до семе само за осем седмици, което означава, че животновъдите могат да отглеждат до шест поколения всяка година.
„Истинската иновация, която те показват тук, е способността да обръщат поколения много бързо. Това е ключов аспект на отглеждането на растения.“
„Истинската иновация, която те показват тук, е способността да обръщат поколения много бързо,“ Чарлз Бръмър, учен по културите от Калифорнийския университет в Дейвис и бивш президент на Американското научно общество по културите, който не е участвал в проучването, казва. „Това е ключов аспект на отглеждането на растения.“
С всяко ново поколение изследователите се опитват да развъждат желани черти, като същевременно размножават нежелани. Колкото по-бързо могат да вземат поколение от семе до семе, толкова по-бързо могат да премахнат нежеланите черти, като същевременно насърчават желаните.
Вземете например покълването преди прибиране на реколтата (PHS), явление, което кара пшеницата да покълне преждевременно поради продължителни валежи и висока влажност.
„Това е огромен проблем в Австралия, защото всички наши сортове са податливи“, казва Хики.
Чувствителността към PHS е поне частично контролирана от генетиката, така че чрез селективно размножаване и кръстосване на различни пшеници сортове, изследователите се стремят да премахнат тази генетична черта, правейки бъдещите поколения пшеница по-устойчиви на обилни валежи и влажност. Компанията Dow AgroSciences вече е възприела техниката за бързо размножаване и е разработила сорт пшеница с устойчивост на PHS.
Това е толкова просто: Увеличете скоростта на културата от семе до семе и улеснявате животновъдите да развиват желаните култури. Увеличете го тройно и им давате изключителен инструмент за създаване на елитни култури.
Отглеждането на растения в космическата ера осветява пътя за бъдещи култури
„Много гени за резистентност към болести могат да бъдат намерени в диви роднини на нашите опитомени културни растения“, казва Вулф, „но кръстосването ген за устойчивост на болести от дива пшеница в опитомен елитен сорт е като да отгледаш състезателен кон с магаре! Необходими са много, много години... за да се комбинира най-доброто от двата свята. Бързото размножаване може да ускори този процес и да съкрати времето, необходимо за разработване на нов сорт пшеница с превъзходни характеристики.
Брумър го казва направо. „Да се движиш по-бързо е името на играта“, казва той. „Това е един от начините да се движите много по-бързо.“
Полета на мечтите
По-голямата част от пшеницата, която влиза в нашите тестени изделия и хляб, обаче не се отглежда в оранжерии и има много, което следва първоначалните етапи на размножаване.
„Истинското въздействие ще дойде от комбинирането на този инструмент с други технологии, които имаме, които бързо се развиват в пространството за отглеждане на растения.“
„На някакво ниво, независимо от геномните инструменти, които използвате, трябва да поставите растенията на полето и да видите как се представят“, обяснява Брумер.
Оранжерийните експерименти са подложени на изпитание на полето. Сортът на културата може да се представи добре в изкуствена среда, където температурата, водоснабдяването и светлинните режими са лесни регулиран, но ако не процъфтява на полето, където се отглеждат по-голямата част от нашите култури, тогава това е практически глупак Новите сортове пшеница трябва да са продуктивни в природните условия, за да могат фермерите да ги приемат.
„Полевите тестове са толкова критични“, казва Хики. „Трябва да имаме това и да сме сигурни, че сортовете, които пускаме на фермерите, са доказани и имат доказан опит. Те все още трябва да преминат през тези три или четири години оценка на място.
И все пак, дори като се изчисли в няколкото години на полеви тестове, Хики изчислява, че бързото размножаване може да изтръгне четири или пет цикъла на размножаване преди 2050 г., когато популацията е се очаква да надхвърли девет милиарда и изменението на климата ще бъде осезаемо в световен мащаб. Надеждата е, че през следващите няколко десетилетия селекционерите ще могат да разработят сортове, достатъчно устойчиви, за да издържат на това, което околната среда хвърля върху тях.
Лаборатория Хики/Университет на Куинсланд
„Времето и климатът винаги се променят до известна степен, но това, което виждаме сега, е, че климатът се променя се променят по-бързо и може би ставаме свидетели на по-екстремно време като следствие от това“, Брумър казва. „Може би новите сортове, които са адаптирани към определен регион, трябва да бъдат по-остри, така че ще трябва да се размножаваме по-бързо и да развиваме повече сортове, отколкото в миналото. Това е мястото, където този метод може да помогне. Всичко, което можете да направите, за да съкратите това време, за да пуснете нови сортове растения на полето, ще бъде полезно.
Предстоящи предизвикателства
Досега бързото размножаване е показало най-голям потенциал при видовете с дълъг ден, които цъфтят в отговор на по-дълъг ден дни, което прави Хики и колегите му уверени, че ще работи с растения като слънчоглед, пипер и репичка.
„Ще бъде по-трудно да се приложи бързо размножаване към видове с „къс ден“ като ориз, царевица и сорго“, казва той, „но мисля, че има място за оптимизиране на система за бърз цикъл. Това е само въпрос на настройка на фотопериода и температурните режими.“
Всъщност, въпреки че фъстъците са видове с „къс ден“, някои изследователи вече са показали, че бързото размножаване е от полза и за тези бобови растения.
„Ние успешно използвахме техниката за бързо размножаване, разработена от изследователи на UQ във фъстъците вече няколко години“, казва Греъм Райт, селекционер от Peanut Company of Australia. Райт смята, че дългите светлинни интервали, използвани при скоростното размножаване, всъщност може да са селектиране на отделни растения с нечувствителност към дължината на деня, което той казва, че е „желана черта, тъй като това означава... разработените сортове трябва да имат широка адаптация към географската ширина, като репродуктивният растеж не зависи от деня дължина.”
CRISPR и извън него
Този нов метод трябва да се разглежда като амуниция, която животновъдите могат да добавят към нарастващия арсенал от генетични оръжия. През последните няколко години напредъкът в геномиката позволи на учените да използват инструменти за редактиране на гени като CRISPR за модифициране на геноми, за да включват неща като устойчивост на суша и по-висока хранителна стойност.
„Бързото размножаване е един инструмент в бараката“, казва Хики. „Истинското въздействие ще дойде от комбинирането на този инструмент с други технологии, които имаме, които бързо се развиват в пространството за отглеждане на растения. CRISPR, инструменти за геномика, геномна селекция и прогнозиране.“
Но изследователите признават, че няма да е лесно да превърнат всички животновъди в режим на бързо размножаване. Старите навици умират трудно и учените по своята същност са скептични. Добавете към това промените в инфраструктурата, необходими за преминаване към такъв метод, и е ясно, че предстои неравен път. И все пак, с наскоро публикуваната си статия, Хики и Райт се надяват, че други животновъди и изследователи ще видят потенциала в тяхната техника.
За тези, които се интересуват от възприемането на скоростно размножаване, Хики има просто предложение как да започнат – „Просто остави светлините включени, приятелю.“
Препоръки на редакторите
- За да направят повече място за добитък, холандците ще преместят крави в плаваща ферма
