Disse videnskabsmænd for nylig udgivet et papir, der beskriver en ny planteforædlingsteknik som kan revolutionere den måde, vi dyrker afgrøder på og fremskynde den hastighed, hvormed vi kan udvikle hårdere, sundere og mere alsidige planter i lyset af klimaændringer. Efterhånden som klimaet ændrer sig, ændres det også en plantes produktivitet i en given region. Nøglen til vores velnærede fremtid kan være en række modstandsdygtige afgrøder, der kan vokse under forskellige miljøforhold.
"Mange videnskabsmænd sagde, at dette var umuligt. Det var så radikal en idé, at de fortalte os, at vi ikke kunne gøre det."
"Genvindsraten i de fleste afgrødeforædlingsprogrammer halter bagefter kravene fra en voksende befolkning." Brande Wulff, en afgrødegenetiker ved John Innes Center i Det Forenede Kongerige og forfatter til avisen, fortæller Digital Trends. "Ved at accelerere afgrødevækst og reproduktion vil forskere og opdrættere over hele verden være i stand til hurtigere avler og udvikler planter, der er mere nærende, modstår sygdomme og som er bedre tilpasset morgendagens klima."
Metoden, der er passende navngivet "speed avl", har allerede vist sig at dyrke hvede - fra frø til frø - på kun otte uger. Det er tre gange hurtigere end den avlsteknik, der udløste Grøn revolution. Selvom de stadig er i sin teenageår, har resultaterne af hurtigopdræt, nogle analytikere peger på det som et afgørende værktøj i en ny landbrugsæra.
Oprindelse af det ydre rum
Måske er det ingen overraskelse, at hurtigopdrætskonceptet opstod hos NASA. Mens man brainstormer måder at dyrke hvede i ydre rum, agenturets videnskabsmænd havde denne skøre idé - hvorfor ikke draper planterne i konstant lys, giver dem mulighed for at modnes hurtigere? Planter elsker jo lys. De tørster efter det, knuser fotoner sammen med kuldioxid og vand for at skabe det sukker, de har brug for for at vokse. Kontinuerligt lys kan betyde kontinuerlig vækst. Simpelt, ikke?
Dr. Brande Wulff (til venstre) og Dr. Lee Hickey ser på hurtigavlede hvedeafgrøder. Foto: Hickey Lab/University of Queensland
"Mange videnskabsmænd sagde, at dette var umuligt," Lee Hickey, en afgrødeforsker ved University of Queensland og en af de første til at vedtage NASAs plan for et årti siden, fortæller Digital Trends. "Det var så radikal en idé, at de fortalte os, at vi ikke kunne gøre det."
Men Lee og hans hold var uberørte af nej-sigerne. Tro mod den videnskabelige metode "gav de det en chance" og designede eksperimenter for at teste, om intensive lysregimer ville øge planternes produktivitet.
Det gjorde den ikke. Da forskerne først dyrkede hvede i et hurtigopdrætssystem, "så de forfærdelige ud," siger Hickey, "virkelig tøffe." Men gennem en række eksperimenter, der optimerede ting som ernæring, vandforsyning, lysfrekvens og drivhustemperatur, begyndte græsset at modnes hurtigere og mere passende og viste endda mere kornproduktivitet end konventionelt dyrket drivhus hvede.
Lee, Wright og deres kolleger, inklusive forskere fra University of Sydney, slog sig til ro med et lysregime, der ville få selv de mest hengivne soltilbedere til at undlade. "Langdags" afgrøder som hvede, byg og kikærter (som blomstrer som reaktion på længere dagscyklusser) er udsat for så meget som 22 timers kontinuerligt lys om dagen, strålet ned fra LED-lamper, der hang over væksten senge.
Behovet for hastighed
Under hastighedsforædlingsprotokollen kan planter som hvede gå fra frø til frø på kun otte uger, hvilket betyder, at opdrættere kan vokse op til seks generationer hvert år.
"Den virkelige innovation, som de viser her, er at kunne vende generationer meget hurtigt. Det er et nøgleaspekt af planteavl."
"Den virkelige innovation, som de viser her, er at kunne vende generationer meget hurtigt," Charles Brummer, siger en UC Davis afgrødeforsker og tidligere præsident for Crops Science Society of America, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Det er et nøgleaspekt af planteavl."
Med hver ny generation forsøger forskere at avle i ønskværdige egenskaber, mens de avler uønskede. Jo hurtigere de kan tage en generation fra frø til frø, jo hurtigere kan de fjerne uønskede egenskaber, mens de promoverer de ønskede.
Tag for eksempel pre-harvest spiring (PHS), et fænomen, der får hvede til at spire for tidligt på grund af langvarig nedbør og høj luftfugtighed.
"Dette er et stort problem i Australien, fordi alle vores sorter er modtagelige," siger Hickey.
Modtagelighed for PHS styres i det mindste delvist af genetik, så ved selektivt at avle og krydse forskellige hvede sorter, sigter forskerne på at eliminere denne genetiske egenskab, hvilket gør fremtidige hvedegenerationer mere modstandsdygtige over for høj nedbør og fugtighed. Virksomheden Dow AgroSciences har allerede taget hurtigforædlingsteknikken til sig og udviklet en række hvede med modstandsdygtighed over for PHS.
Det er så enkelt: Øg en afgrødes frø-til-frø-hastighed, og du gør det lettere for opdrættere at udvikle ønskværdige afgrøder. Forøg det tre gange, og du giver dem et enestående værktøj til at skabe eliteafgrøder.
Planteavl i rumalderen lyser vejen for fremtidige afgrøder
"Mange gener for sygdomsresistens kan findes i vilde slægtninge til vores domesticerede afgrødeplanter," siger Wulff, "men krydser et sygdomsresistensgen fra en vild hvede til en domesticeret elitekultivar er som at opdrætte en væddeløbshest med et æsel! Det tager mange, mange år...at kombinere det bedste fra begge verdener. Hastighedsforædling kan fremskynde denne proces og forkorte den tid, der kræves for at udvikle en ny hvedesort med overlegne egenskaber."
Brummer siger det ligeud. "At bevæge sig hurtigere er navnet på spillet," siger han. "Dette er en måde at bevæge sig meget hurtigere på."
Drømmenes felter
Det meste af hveden, der indgår i vores pasta og brød, dyrkes dog ikke i drivhuse, og der er meget, der følger de indledende forædlingsstadier.
"Den reelle effekt vil komme fra at kombinere dette værktøj med andre teknologier, vi har, som udvikler sig hurtigt i planteavlsområdet."
"På et eller andet niveau, uanset de genomiske værktøjer, du bruger, skal du sætte planter i marken og se, hvordan de klarer sig," forklarer Brummer.
Det er i marken, at drivhusforsøgene bliver sat på prøve. En afgrødesort kan klare sig godt i et kunstigt miljø, hvor temperatur, vandforsyning og lys er let reguleret, men hvis den ikke trives ude på marken, hvor langt størstedelen af vores afgrøder dyrkes, så er det praktisk talt en dud. Nye hvedesorter skal være produktive ude i vejret, for at landmændene kan overtage dem.
"Felttest er så kritisk," siger Hickey. "Vi skal have det og sikre, at de sorter, vi udgiver til landmændene, er dokumenterede og har en dokumenteret track record. De skal stadig gennemgå de tre eller fire års feltevaluering."
Alligevel vurderer Hickey, selv når man regner i de få år med feltforsøg, at hastighedsavlen kan presses ind i fire eller fem ynglecyklusser før 2050, når bestanden er forventes at overstige ni mia og klimaændringer vil være håndgribelige på verdensplan. Håbet er, at opdrættere i de næste par årtier kan udvikle sorter, der er modstandsdygtige nok til at modstå, hvad miljøet kaster på dem.
Hickey Lab/University of Queensland
»Vejret og klimaet ændrer sig altid til en vis grad, men det, vi ser nu, er, at klimaet er det skifter hurtigere, og måske ser vi mere ekstremt vejr som en konsekvens af det,” Brummer siger. "Måske skal de nye sorter, der er tilpasset en bestemt region, være mere akutte, så vi bliver nødt til at avle hurtigere og udvikle flere sorter end tidligere. Det er her, denne metode kan hjælpe. Alt, hvad du kan gøre for at forkorte den tid for at få nye plantesorter ud i marken, vil være nyttigt."
Udfordringer forude
Hidtil har hurtigavl vist det største potentiale i langdagsarter, der blomstrer som reaktion på længere tid dage, hvilket gør Hickey og hans kolleger sikre på, at det vil fungere med planter som solsikke, peber og radise.
"Det vil være vanskeligere at anvende hurtigopdræt på "kortdags"-arter som ris, majs og sorghum," siger han, "men jeg tror, der er plads til optimering af et hurtigcyklingssystem. Det er bare et spørgsmål om at justere fotoperioden og temperaturregimerne."
Faktisk, på trods af at jordnødder er en "kortdag"-art, har nogle forskere allerede vist, at hurtig avl også gavner disse bælgplanter.
"Vi har med succes brugt den hurtige avlsteknik, der er udviklet af UQ-forskere inden for peanut i en årrække nu," siger Graeme Wright, en opdrætter hos Peanut Company of Australia. Wright mener, at de lange lysintervaller, der bruges i hastighedsforædling, faktisk kan være at vælge individuelle planter med dagslængde ufølsomhed, hvilket han siger, er "et ønskeligt træk, da det betyder... udviklede sorter skal have bred tilpasning til breddegrad, med reproduktiv vækst ikke afhængig af dag længde."
CRISPR and Beyond
Denne nye metode skal ses som ammunition, som opdrættere kan tilføje til et voksende arsenal af genetiske våben. I løbet af de sidste par år har fremskridt inden for genomik gjort det muligt for forskere at bruge genredigeringsværktøjer som f.eks. CRISPR at modificere genomer til at inkludere ting som tørkeresistens og højere ernæring.
"Hastighedsavl er et værktøj i skuret," siger Hickey. "Den reelle effekt vil komme fra at kombinere dette værktøj med andre teknologier, vi har, som udvikler sig hurtigt i planteavlsområdet. CRISPR, genomiske værktøjer, genomisk selektion og forudsigelse."
Men forskerne erkender, at det ikke vil være let at konvertere alle opdrættere til hurtigopdrætsregimet. Gamle vaner dør hårdt, og videnskabsmænd er i sagens natur skeptiske. Læg dertil de nødvendige infrastrukturændringer for at gå over til en sådan metode, og det er klart, at der er en ujævn vej forude. Alligevel håber Hickey og Wright med deres nyligt offentliggjorte papir, at andre opdrættere og forskere vil se potentialet i deres teknik.
Til dem, der er interesseret i at anvende hurtigopdræt, har Hickey et simpelt forslag til, hvordan man begynder - "Bare lad lyset være tændt, makker."
Redaktørens anbefalinger
- For at give mere plads til husdyr vil hollænderne flytte køer til en flydende gård
