Need teadlased hiljuti avaldas artikli, milles kirjeldati üksikasjalikult uut taimekasvatustehnikat mis võib muuta põllukultuuride kasvatamise viisi ja kiirendada kliimamuutustega silmitsi seistes vastupidavamate, tervislikumate ja mitmekülgsemate taimede arendamise kiirust. Kliima muutudes muutub ka taime produktiivsus antud piirkonnas. Meie hästi toidetud tuleviku võti võivad olla mitmesugused vastupidavad põllukultuurid, mis võivad kasvada erinevates keskkonnatingimustes.
"Paljud teadlased ütlesid, et see on võimatu. See oli nii radikaalne idee, et nad ütlesid meile, et me ei saa seda teha.
"Enamiku põllukultuuride aretusprogrammide kasvumäär jääb kasvava elanikkonna nõudmistest maha," Brande Wulff, Ühendkuningriigi John Innesi keskuse põllukultuuride geneetik ja artikli autor, räägib Digital Trendsile. "Kiirendades põllukultuuride kasvu ja paljunemist, saavad teadlased ja aretajad kogu maailmas kiiremini aretada ja kujundada taimi, mis on toitvamad, taluvad haigusi ja on homsega paremini kohanenud kliima."
Asjakohase nimetusega "kiirearetus" on juba näidatud, et meetod kasvatab nisu - seemnest seemneni - vaid kaheksa nädalaga. See on kolm korda kiirem kui aretustehnika, mis tekitas Roheline revolutsioon. Ehkki see on alles noorukieas, osutavad mõned analüütikud kiiruskasvu tulemustele, et see on uue põllumajandusajastu saabumisel pöördeline tööriist.
Kosmose päritolu
Võib-olla pole üllatav, et kiiruse aretamise kontseptsioon sai alguse NASA-st. Mõeldes ajurünnakule, kuidas nisu kasvatada avakosmos, tuli agentuuriteadlastel selline pöörane idee – miks mitte katke taimed pideva valguse kätte, mis võimaldab neil kiiremini küpseda? Taimed armastavad ju valgust. Nad ihkavad seda, purustades footonid koos süsinikdioksiidi ja veega, et luua kasvamiseks vajalikke suhkruid. Pidev valgus võib tähendada pidevat kasvu. Lihtne, eks?
Dr Brande Wulff (vasakul) ja dr Lee Hickey vaatlevad kiiraretatud nisu põllukultuure. Foto: Hickey Lab / Queenslandi ülikool
"Paljud teadlased ütlesid, et see on võimatu," Lee Hickey, Queenslandi ülikooli põllukultuuriteadlane ja üks esimesi, kes võttis NASA plaani kümme aastat tagasi vastu, räägib Digital Trendsile. "See oli nii radikaalne idee, et nad ütlesid meile, et me ei saa seda teha."
Kuid Lee'd ja tema meeskonda ei seganud vastulaused. Teaduslikule meetodile truuks jäädes andsid nad sellele võimaluse, kavandades katseid, et kontrollida, kas intensiivne valgusrežiim tõstab taimede tootlikkust.
Ei teinud. Kui teadlased esimest korda nisu kiiraretussüsteemis kasvatasid, nägid nad välja kohutavad, ütleb Hickey. Kuid läbi mitmeid katseid, mis optimeerisid selliseid asju nagu toitumine, veevarustuse, valguse sageduse ja kasvuhoone temperatuuri tõttu hakkasid kõrrelised kiiremini ja paremini küpsema, näidates isegi suuremat teravilja tootlikkust kui tavapäraselt kasvatatud kasvuhoones. nisu.
Lee, Wright ja nende kolleegid, sealhulgas Sydney ülikooli teadlased, leppisid kokku kerge režiimiga, mis paneks isegi kõige usklikumad päikesekummardajad kõrvale jääma. "Pikapäevased" põllukultuurid, nagu nisu, oder ja kikerhernes (mis õitsevad vastusena pikematele päevatsüklitele), on puutub kokku kuni 22 tundi pideva valgusega päevas, kiirgab alla kasvu kohal rippuvatest LED-lampidest voodid.
Vajadus kiiruse järele
Kiiraretuse protokolli kohaselt võivad taimed, nagu nisu, seemnest seemneni jõuda vaid kaheksa nädalaga, mis tähendab, et aretajad võivad igal aastal kasvada kuni kuus põlvkonda.
„Tegelik uuendus, mida nad siin näitavad, on see, et põlvkondi vahetatakse väga kiiresti. See on taimekasvatuse põhiaspekt.
"Tõeline uuendus, mida nad siin näitavad, on see, et põlvkondi saab väga kiiresti vahetada," Charles Brummer, ütleb UC Davise põllukultuuride teadlane ja Ameerika põllukultuuride seltsi endine president, kes ei osalenud uuringus. "See on sordiaretuse põhiaspekt."
Iga uue põlvkonnaga püüavad teadlased aretada soovitud tunnuseid, kasvatades samal ajal välja ebasoovitavaid. Mida kiiremini saavad nad seemnest seemneni ühe põlvkonna, seda kiiremini saavad nad eemaldada soovimatud tunnused, edendades samal ajal soovitud omadusi.
Võtame näiteks koristuseelse idanemise (PHS), nähtus, mis põhjustab nisu enneaegset idanemist pikaajaliste sademete ja kõrge õhuniiskuse tõttu.
"See on Austraalias tohutu probleem, sest kõik meie sordid on vastuvõtlikud, " ütleb Hickey.
Vastuvõtlikkust PHS-ile kontrollib vähemalt osaliselt geneetika, nii et erinevaid nisu selektiivselt aretades ja ristates sordid, püüavad teadlased selle geneetilise tunnuse kõrvaldada, muutes tulevased nisupõlvkonnad vastupidavamaks suurele vihmasajule ja niiskus. Ettevõte Dow AgroSciences on juba kasutusele võtnud kiiraretuse tehnika ja välja töötanud PHS-ile vastupidava nisu sordi.
See on nii lihtne: suurendage põllukultuuri seemnest seemneteni jõudmise kiirust ja hõlbustate aretajatel soovitud põllukultuuride väljatöötamist. Suurendage seda kolm korda ja annate neile erakordse tööriista eliitkultuuride loomiseks.
Kosmoseajastu taimekasvatus valgustab teed tulevastele põllukultuuridele
"Meie kodustatud põllukultuuride metsikutes sugulastes võib leida palju haigusresistentsuse geene, " ütleb Wulff, "kuid ristuvad haigusresistentsuse geen looduslikust nisust kodustatud eliitkultivariks on nagu võidusõiduhobuse aretamine eesliga! Mõlema maailma parima ühendamiseks kulub palju-palju aastaid... Kiirusaretus võib seda protsessi kiirendada ja lühendada aega, mis kulub uue, paremate omadustega nisusordi väljatöötamiseks.
Brummer ütleb otse. "Mängu nimi on kiirem liikumine," ütleb ta. "See on üks viis palju kiiremini liikuda."
Unistuste väljad
Enamikku nisust, millest meie pasta ja leib valmistatakse, ei kasvatata siiski kasvuhoonetes ja palju on seda, mis järgneb esialgsetele aretusetappidele.
"Tegelik mõju tuleneb selle tööriista kombineerimisest teiste tehnoloogiatega, mis arenevad kiiresti aretusruumis."
"Mingil tasemel, olenemata kasutatavatest genoomitööriistadest, peate taimed põllule panema ja vaatama, kuidas need toimivad, " selgitab Brummer.
Kasvuhoonekatsed pannakse proovile põllul. Põllukultuuride sort võib hästi toimida tehiskeskkonnas, kus temperatuur, veevarustus ja valgusrežiim on hõlpsasti saavutatavad reguleeritud, kuid kui see ei edene põllul, kus kasvatatakse valdavat enamust meie põllukultuuridest, siis on see praktiliselt loll. Uued nisusordid peavad olema elementides saagikad, et põllumehed saaksid need kasutusele võtta.
"Väljaestimine on nii kriitiline, " ütleb Hickey. „Meil peab see olema ja tagama, et sordid, mida põllumeestele väljastame, on tõestatud ja neil on tõestatud kogemus. Nad peavad ikka need kolm-neli aastat välihindamist läbima.
Sellegipoolest võib Hickey hinnangul isegi paari aasta põldkatsete põhjal kokku leppida, et enne 2050. aastat, mil asurkond on vähenenud, võib kiiraretus kesta neli või viis pesitsustsüklit. eeldatavasti ületab üheksa miljardit ja kliimamuutused on kogu maailmas käegakatsutavad. Loodetavasti suudavad aretajad järgmise paari aastakümne jooksul välja arendada sordid, mis on piisavalt vastupidavad, et taluda seda, mida keskkond neile paiskab.
Hickey Lab / Queenslandi ülikool
„Ilm ja kliima muutuvad alati mingil määral, kuid praegu näeme, et kliima on muutuvad kiiremini ja võib-olla näeme selle tagajärjel äärmuslikumat ilma," Brummer ütleb. "Võib-olla peavad uued sordid, mis on kohandatud konkreetsele piirkonnale, olema teravamad, nii et peame aretama kiiremini ja arendama rohkem sorte kui varem. Siin võib see meetod aidata. Kõik, mida saate teha, et lühendada seda aega uute taimesortide põllule toomiseks, on kasulik.
Väljakutsed ees
Siiani on kiiraretus näidanud suurimat potentsiaali pikapäevaliikidel, mis õitsevad vastusena pikemale päevale päeva, mis muudab Hickey ja tema kolleegid kindlad, et see töötab selliste taimedega nagu päevalill, pipar ja redis.
"Kiiraretust on keerulisem rakendada lühikese päevaga liikide puhul, nagu riis, mais ja sorgo," ütleb ta, "kuid ma arvan, et kiire jalgrattasüsteemi optimeerimiseks on ruumi. See on lihtsalt fotoperioodi ja temperatuurirežiimide kohandamise küsimus.
Tegelikult, hoolimata sellest, et maapähklid on "lühikese päeva" liik, on mõned teadlased juba näidanud, et kiire aretus on kasulik ka nendele kaunviljadele.
"Oleme juba mitu aastat edukalt kasutanud UQ teadlaste välja töötatud kiiraretustehnikat maapähklite puhul," ütleb Austraalia Peanut Company aretaja Graeme Wright. Wright arvab, et kiiraretuses kasutatavad pikad valgusintervallid võivad tegelikult olla üksikute taimede väljavalimine, mille tundlikkus on päevapikkune. ütleb, et see on "soovitav omadus, kuna see tähendab... arenenud sordid peaksid olema laialdaselt kohanevad laiuskraadidega, kusjuures reproduktiivkasv ei sõltu päevast pikkus."
CRISPR ja kaugemale
Seda uut meetodit tuleks vaadelda kui laskemoona, mida kasvatajad saavad lisada kasvavale geneetilise relvastuse arsenali. Viimastel aastatel on genoomika areng võimaldanud teadlastel kasutada selliseid geenide redigeerimise tööriistu nagu CRISPR genoomide muutmiseks, et hõlmata selliseid asju nagu põuakindlus ja kõrgem toiteväärtus.
"Kiirusaretus on üks tööriist kuuris," ütleb Hickey. "Tegelik mõju tuleneb selle tööriista kombineerimisest teiste tehnoloogiatega, mis arenevad kiiresti aretusruumis. CRISPR, genoomika tööriistad, genoomne valik ja ennustamine.
Kuid teadlased mõistavad, et kõigi kasvatajate muutmine kiiraretuse režiimile ei ole lihtne. Vanad harjumused surevad raskelt ja teadlased on oma olemuselt skeptilised. Kui lisada sellele meetodile üleminekuks vajalikud infrastruktuuri muudatused, on selge, et ees on konarlik tee. Hiljuti avaldatud artikliga loodavad Hickey ja Wright siiski, et teised kasvatajad ja teadlased näevad oma tehnikas potentsiaali.
Neile, kes on huvitatud kiiraretusest, on Hickeyl lihtne soovitus, kuidas alustada – "jätke tuled põlema, sõber."
Toimetajate soovitused
- Et kariloomadele rohkem ruumi teha, viivad hollandlased lehmad ujuvasse farmi
