Ovi znanstvenici nedavno objavio rad u kojem je detaljno opisao novu tehniku uzgoja biljaka to bi moglo revolucionirati način na koji uzgajamo usjeve i ubrzati brzinu kojom možemo razviti otpornije, zdravije i svestranije biljke suočene s klimatskim promjenama. Kako se klima mijenja, tako se mijenja i produktivnost biljke u određenoj regiji. Ključ naše dobro uhranjene budućnosti mogu biti različiti otporni usjevi koji mogu rasti u različitim uvjetima okoliša.
“Mnogi su znanstvenici rekli da je to nemoguće. Bila je to tako radikalna ideja da su nam rekli da to ne možemo napraviti.”
"Stopa dobitka u većini programa uzgoja usjeva zaostaje za zahtjevima koje postavlja rastuća populacija," Brande Wulff, genetičar usjeva u John Innes Centru u Ujedinjenom Kraljevstvu i autor rada, kaže za Digital Trends. “Ubrzavanjem rasta i reprodukcije usjeva, znanstvenici i uzgajivači diljem svijeta moći će brže uzgajati i proizvoditi biljke koje su hranjivije, otpornije na bolesti i koje su bolje prilagođene budućnosti klima."
Prikladno nazvana "brzo uzgoj", metoda se već pokazala za uzgoj pšenice - od sjemena do sjemena - u samo osam tjedana. To je tri puta brže od tehnike uzgoja koja je izazvala Zelena revolucija. Iako je još u adolescenciji, rezultati brzog uzgoja navode neke analitičare da ga smatraju ključnim alatom u dolasku nove poljoprivredne ere.
Podrijetlo svemira
Možda nije iznenađenje da je koncept brzog uzgoja nastao u NASA-i. Dok razmišljam o načinima uzgoja pšenice svemir, znanstvenici agencije imali su ovu ludu ideju — zašto ne ogrnite biljke stalnim svjetlom, osnažujući ih da brže sazrijevaju? Biljke, na kraju krajeva, vole svjetlost. Oni žude za njim, krckajući fotone zajedno s ugljičnim dioksidom i vodom kako bi stvorili šećere koji su im potrebni za rast. Kontinuirana svjetlost može značiti kontinuirani rast. Jednostavno, zar ne?
Dr. Brande Wulff (lijevo) i dr. Lee Hickey promatraju usjeve pšenice uzgojene na brzinu. Fotografija: Hickey Lab/Sveučilište Queensland
“Mnogi znanstvenici su rekli da je to nemoguće,” Lee Hickey, znanstvenik za usjeve na Sveučilištu Queensland i jedan od prvih koji je usvojio NASA-in plan prije deset godina, kaže za Digital Trends. "To je bila tako radikalna ideja da su nam rekli da to ne možemo."
Ali Leeja i njegov tim nisu uznemirili negativci. Vjerni znanstvenoj metodi, "okušali su se", osmislivši eksperimente kako bi provjerili hoće li intenzivni režimi osvjetljenja povećati produktivnost biljaka.
Nije. Kad su znanstvenici prvi put uzgojili pšenicu u sustavu brzog uzgoja, "izgledale su užasno", kaže Hickey, "stvarno trzavo." Ali kroz niz eksperimenata koji su optimizirali stvari poput prehrane, opskrba vodom, učestalost svjetla i temperatura staklenika, trave su počele sazrijevati brže i prikladnije, čak pokazujući veću produktivnost zrna od konvencionalno uzgojenih staklenika pšenica.
Lee, Wright i njihovi kolege, uključujući istraživače sa Sveučilišta u Sydneyu, odlučili su se za lagani režim koji bi natjerao čak i najpobožnije štovatelje Sunca da odustanu. Usjevi "dugog dana" poput pšenice, ječma i slanutka (koji cvjetaju kao odgovor na duže dnevne cikluse) izloženi čak 22 sata neprekidnog svjetla dnevno, obasjanog LED svjetiljkama obješenim iznad rastinja kreveti.
Potreba za brzinom
Prema protokolu brzog uzgoja, biljke poput pšenice mogu prijeći od sjemena do sjemena za samo osam tjedana, što znači da uzgajivači mogu uzgajati do šest generacija svake godine.
“Prava inovacija koju ovdje pokazuju je mogućnost da vrlo brzo mijenjaju generacije. To je ključni aspekt uzgoja biljaka."
"Prava inovacija koju ovdje pokazuju je mogućnost da vrlo brzo mijenjaju generacije," Charles Brummer, znanstvenik za usjeve s UC Davis i bivši predsjednik Američkog znanstvenog društva za usjeve, koji nije bio uključen u studiju, kaže. "To je ključni aspekt uzgoja biljaka."
Sa svakom novom generacijom, istraživači pokušavaju uzgojiti poželjne osobine, dok izbacuju nepoželjne. Što brže mogu uzeti generaciju od sjemena do sjemena, brže mogu ukloniti neželjene osobine dok promiču željene.
Uzmimo, na primjer, klijanje prije žetve (PHS), pojavu koja uzrokuje prerano klijanje pšenice zbog dugotrajnih padalina i visoke vlažnosti.
"Ovo je veliki problem u Australiji jer su sve naše sorte osjetljive", kaže Hickey.
Osjetljivost na PHS je barem djelomično kontrolirana genetikom, selektivnim uzgojem i križanjem različitih vrsta pšenice. sorti, istraživači nastoje eliminirati tu genetsku osobinu, čineći buduće generacije pšenice otpornijima na obilne padaline i vlažnost. Tvrtka Dow AgroSciences već je usvojila tehniku brzog uzgoja i razvila sortu pšenice otpornu na PHS.
Ovo je jednostavno: povećajte brzinu usjeva od sjemena do sjemena i olakšat ćete uzgajivačima da razviju poželjne usjeve. Povećajte ga tri puta i dat ćete im izniman alat za stvaranje elitnih usjeva.
Oplemenjivanje biljaka u svemirskom dobu osvjetljava put budućim usjevima
„Mnogi geni otpornosti na bolesti mogu se pronaći u divljim rođacima naših domaćih usjeva,“ kaže Wulff, „ali križanje gen za otpornost na bolesti iz divlje pšenice u domaću elitnu sortu je kao pariti trkaćeg konja s magarcem! Potrebno je mnogo, mnogo godina... da se spoje najbolje od oba svijeta. Brzo oplemenjivanje može ubrzati ovaj proces i skratiti vrijeme potrebno za razvoj nove sorte pšenice s vrhunskim svojstvima.”
Brummer to otvoreno kaže. "Brže kretanje je naziv igre", kaže on. "Ovo je jedan od načina da se krećete puno brže."
Polja snova
Međutim, većina pšenice koja ulazi u našu tjesteninu i kruh ne uzgaja se u staklenicima, a mnogo toga slijedi nakon početnih faza uzgoja.
"Pravi učinak doći će od kombiniranja ovog alata s drugim tehnologijama koje imamo i koje se brzo razvijaju u prostoru uzgoja biljaka."
"Na nekoj razini, bez obzira na genomske alate koje koristite, trebate staviti biljke u polje i vidjeti kako rade", objašnjava Brummer.
Eksperimenti u stakleniku se testiraju na terenu. Raznolikost usjeva može dobro funkcionirati u umjetnom okruženju, gdje su temperatura, opskrba vodom i svjetlosni režimi jednostavni reguliran, ali ako ne uspijeva u polju, gdje se uzgaja velika većina naših usjeva, onda je praktički neuspjeh. Nove sorte pšenice moraju biti produktivne u elementima da bi ih poljoprivrednici mogli prihvatiti.
"Terensko testiranje je tako kritično", kaže Hickey. „Moramo to imati i osigurati da su sorte koje puštamo u promet poljoprivrednicima provjerene i imaju dokazanu evidenciju. Još moraju proći te tri ili četiri godine terenske evaluacije.”
Ipak, čak i računajući u nekoliko godina testiranja na terenu, Hickey procjenjuje da se brzi uzgoj može ugurati u četiri ili pet ciklusa razmnožavanja prije 2050., kada je populacija očekuje se da će premašiti devet milijardi a klimatske promjene bit će opipljive u cijelom svijetu. Nadamo se da će u sljedećih nekoliko desetljeća uzgajivači moći razviti sorte koje su dovoljno otporne da izdrže ono što okoliš baca na njih.
Hickey Lab/Sveučilište Queensland
“Vrijeme i klima se uvijek donekle mijenjaju, ali ono što sada vidimo je da se klima mijenja mijenjaju se brže i možda vidimo ekstremnije vremenske uvjete kao posljedicu toga,” Brummer kaže. „Možda nove sorte koje su prilagođene određenoj regiji moraju biti oštrije, pa ćemo se morati razmnožavati brže i razvijati više sorti nego u prošlosti. Tu bi ova metoda mogla pomoći. Sve što možete učiniti da skratite to vrijeme za izbacivanje novih biljnih sorti na polje bit će korisno.”
Predstojeći izazovi
Do sada je brzi uzgoj pokazao najveći potencijal kod vrsta dugog dana koje cvjetaju kao odgovor na dulji dan dana, zbog čega su Hickey i njegovi kolege sigurni da će raditi s biljkama poput suncokreta, papra i rotkvica.
“Bit će teže primijeniti brzi uzgoj na vrste 'kratkog dana' poput riže, kukuruza i sirka,” kaže on, “ali mislim da postoji prostor za optimizaciju sustava brzog ciklusa. To je samo pitanje podešavanja fotoperioda i temperaturnih režima."
Zapravo, unatoč tome što je kikiriki vrsta "kratkog dana", neki su istraživači već pokazali da brzo razmnožavanje također koristi i ovim mahunarkama.
"Već niz godina uspješno koristimo tehniku brzog uzgoja koju su razvili istraživači UQ-a za kikiriki", kaže Graeme Wright, uzgajivač iz australske tvrtke Peanut Company. Wright smatra da dugi svjetlosni intervali koji se koriste u brzom uzgoju zapravo mogu biti odabir pojedinačnih biljaka s neosjetljivošću na duljinu dana, što on kaže da je "poželjna osobina jer to znači... razvijene sorte trebale bi imati široku prilagodbu geografskoj širini, s reproduktivnim rastom koji ne ovisi o danu duljina.”
CRISPR i šire
Ovu novu metodu treba promatrati kao streljivo koje uzgajivači mogu dodati rastućem arsenalu genetskog oružja. Tijekom posljednjih nekoliko godina, napredak u genomici omogućio je znanstvenicima korištenje alata za uređivanje gena kao što su CRISPR modificirati genome da uključuju stvari poput otpornost na sušu i bolju hranjivost.
"Brzo razmnožavanje jedan je alat u šupi", kaže Hickey. “Pravi učinak ostvarit će se kombinacijom ovog alata s drugim tehnologijama koje imamo i koje se brzo razvijaju u području uzgoja biljaka. CRISPR, genomski alati, genomska selekcija i predviđanje.”
Ali istraživači priznaju da neće biti lako prebaciti sve uzgajivače na režim brzog uzgoja. Stare navike teško umiru i znanstvenici su sami po sebi skeptični. Dodajte tome promjene infrastrukture potrebne za prijelaz na takvu metodu, i jasno je da je pred vama neravan put. Ipak, sa svojim nedavno objavljenim radom, Hickey i Wright se nadaju da će drugi uzgajivači i istraživači vidjeti potencijal u njihovoj tehnici.
Onima koji su zainteresirani za usvajanje brzog uzgoja, Hickey ima jednostavan prijedlog kako započeti — "Samo ostavi upaljena svjetla, druže."
Preporuke urednika
- Kako bi napravili više mjesta za stoku, Nizozemci će preseliti krave na plutajuću farmu
