Hogyan forradalmasíthatják a „gyorstenyésztési” növények a mezőgazdaságot?

Azt mondják, a sebesség öl, de ha arról van szó elegendő élelmet termeszteni a jövőnk számára, a sebesség megmagyarázhatja a különbséget az ünnep és az éhínség között. Szerencsére van egy csapat tudós, akik a közmondásos lábukkal a pedálon vannak.

Ezek a tudósok a közelmúltban publikált egy új növénynemesítési technikát részletező tanulmányt amelyek forradalmasíthatják a növénytermesztést, és felgyorsíthatják a keményebb, egészségesebb és sokoldalúbb növények kifejlesztését az éghajlatváltozással szemben. Ahogy az éghajlat változik, úgy változik a növény termelékenysége is egy adott régióban. Jól táplált jövőnk kulcsa a különféle ellenálló növények lehetnek, amelyek változatos környezeti feltételek mellett növekedhetnek.

„A legtöbb növénytermesztési programban a növekedés mértéke elmarad a növekvő népesség által támasztott igényektől” Brande Wulff, az egyesült királyságbeli John Innes Center növénytermesztési genetikusa és a tanulmány szerzője a Digital Trendsnek. „A növények növekedésének és szaporodásának felgyorsításával a tudósok és a tenyésztők világszerte gyorsabban olyan növényeket tenyészteni és fejleszteni, amelyek táplálóbbak, ellenállnak a betegségeknek, és amelyek jobban alkalmazkodnak a holnaphoz éghajlat."

A megfelelő elnevezéssel „gyorsnemesítés” módszerrel már kimutatták, hogy mindössze nyolc hét alatt termeszti a búzát - magról magra. Ez háromszor gyorsabb, mint a tenyésztési technika, amely kiváltotta a Zöld forradalom. Bár még serdülőkorban jár, a gyorstenyésztési eredmények néhány elemző szerint kulcsfontosságú eszköznek tartják az új mezőgazdasági korszak eljövetelében.

A világűr eredete

Talán nem meglepő, hogy a gyorstenyésztési koncepció a NASA-tól származik. Miközben a búza termesztésének módjait agyaljuk világűr, az ügynökség tudósainak támadt ez az őrült ötlete – miért ne takarja be a növényeket állandó fénybe, képessé teszi őket arra, hogy gyorsabban érjenek? A növények végül is szeretik a fényt. Vágynak rá, a fotonokat szén-dioxiddal és vízzel roppantják össze, hogy a növekedéshez szükséges cukrokat előállítsák. A folyamatos fény folyamatos növekedést jelenthet. Egyszerű, igaz?

"Sok tudós azt mondta, hogy ez lehetetlen" Lee Hickey, a Queenslandi Egyetem növénytermesztési tudósa, és az egyik elsők között, akik egy évtizeddel ezelőtt elfogadták a NASA tervét, mondja a Digital Trends. "Annyira radikális ötlet volt, hogy azt mondták nekünk, hogy nem tudjuk megcsinálni."

De Lee-t és csapatát nem zavarták a nemzők. A tudományos módszerhez híven „kipróbálták”, kísérleteket terveztek annak tesztelésére, hogy az intenzív fényviszonyok növelik-e a növények termelékenységét.

Nem. Amikor a tudósok először termesztettek búzát gyorstenyésztési rendszerben, „borzasztóan néztek ki” – mondja Hickey – „igazán fukarnak”. De egy sor kísérlet révén, amelyek optimalizálták az olyan dolgokat, mint a táplálkozás, A vízellátás, a fényfrekvencia és az üvegházi hőmérséklet miatt a füvek gyorsabban és fittebben kezdtek érni, még a hagyományos üvegházban termesztettnél is nagyobb termőképességet mutattak. búza.

Lee, Wright és kollégáik, köztük a Sydney-i Egyetem kutatói, egy olyan könnyed rezsim mellett döntöttek, amely még a leghivatottabb Napimádókat is megtagadja. A „hosszú napos” növények, mint a búza, az árpa és a csicseriborsó (amelyek a hosszabb napi ciklusokra válaszul virágoznak) Napi 22 órányi folyamatos fénynek van kitéve, a növény fölé akasztott LED-lámpákból ágyak.

A Need for Speed

A gyorstenyésztési protokoll szerint az olyan növények, mint a búza, mindössze nyolc hét alatt a magról a magra fejlődhetnek, ami azt jelenti, hogy a nemesítők évente akár hat generációt is felnőhetnek.

„Az igazi innováció, amit itt mutatnak, az, hogy nagyon gyorsan generációkat válthatnak” Charles Brummer, az UC Davis növénytermesztési tudósa és a Crops Science Society of America korábbi elnöke, aki nem vett részt a tanulmányban. – Ez a növénynemesítés kulcsfontosságú eleme.

A kutatók minden új generációval megpróbálják a kívánatos tulajdonságokat tenyészteni, míg a nemkívánatosakat. Minél gyorsabban tudnak egy generációt magról magra váltani, annál gyorsabban tudják eltávolítani a nem kívánt tulajdonságokat, miközben előmozdítják a kívántakat.

Vegyük például a pre-harvest sprouting (PHS) jelenséget, amely a búza idő előtti csírázását okozza a hosszan tartó esőzések és a magas páratartalom miatt.

„Ez óriási probléma Ausztráliában, mert minden fajtánk érzékeny” – mondja Hickey.

A PHS-re való fogékonyságot legalább részben a genetika szabályozza, tehát a különböző búzák szelektív nemesítése és keresztezése A kutatók célja ennek a genetikai tulajdonságnak a kiküszöbölése, így a jövő búzanemzedékei ellenállóbbá válnak a nagy mennyiségű csapadékkal szemben. páratartalom. A Dow AgroSciences cég már átvette a gyorstenyésztési technikát, és számos olyan búzát fejlesztett ki, amelyek ellenállnak a PHS-nek.

Ez ilyen egyszerű: Növelje a termény magról vetőmagra váltási sebességét, és megkönnyíti a nemesítők számára a kívánt növények kifejlesztését. Növelje háromszorosára, és kivételes eszközt ad nekik az elit termények létrehozásához.

„Számos betegségrezisztencia-gén megtalálható háziasított haszonnövényeink vadon élő rokonaiban” – mondja Wulff. a vadbúzából a háziasított elit fajtává váló betegségrezisztencia-gén olyan, mint szamárral versenylovat tenyészteni! Sok-sok évbe telik… a két világ legjobbjait egyesíteni. A gyorstenyésztés felgyorsíthatja ezt a folyamatot, és lerövidítheti a kiváló tulajdonságokkal rendelkező új búzafajta kifejlesztéséhez szükséges időt.”

Brummer nyersen fogalmaz. „A gyorsabb mozgás a játék neve” – mondja. "Ez az egyik módja annak, hogy sokkal gyorsabban haladjunk."

Álmok mezei

A tésztáinkba és kenyerünkbe bekerülő búza nagy részét azonban nem üvegházakban termesztik, és sok minden követi a kezdeti nemesítési szakaszokat.

„Bizonyos szinten, függetlenül a használt genomikai eszközöktől, a növényeket a szántóföldre kell telepítenie, és látnia kell, hogyan teljesítenek” – magyarázza Brummer.

Az üvegházi kísérleteket a terepen teszik próbára. Egy növényfajta jól teljesíthet mesterséges környezetben, ahol könnyen elérhető a hőmérséklet, a vízellátás és a fényviszonyok szabályozott, de ha nem boldogul a szántóföldön, ahol a növényeink túlnyomó részét termesztik, akkor gyakorlatilag egy dud. Az új búzafajtáknak termőképesnek kell lenniük, hogy a gazdálkodók átvehessék őket.

„A terepi tesztelés nagyon fontos” – mondja Hickey. „Ezzel rendelkeznünk kell, és meg kell győződnünk arról, hogy a gazdálkodóknak kiadott fajták beváltak és bizonyított eredményekkel rendelkeznek. Még át kell esniük azon a három-négy éves terepértékelésen.”

Mégis, még a néhány éves szántóföldi teszteléssel számolva is Hickey úgy becsüli, hogy a gyorstenyésztés 2050 előtt négy-öt szaporodási ciklus alatt tarthat. várhatóan meghaladja a kilencmilliárdot és az éghajlatváltozás világszerte kézzelfogható lesz. A remény az, hogy a következő néhány évtizedben a nemesítők olyan fajtákat fejleszthetnek ki, amelyek elég ellenállóak ahhoz, hogy ellenálljanak annak, amit a környezet rájuk vet.

„Az időjárás és az éghajlat mindig változik valamilyen mértékben, de most azt látjuk, hogy az éghajlat az gyorsabban változik, és talán ennek következtében szélsőségesebb időjárást látunk” – mondta Brummer mondja. „Talán az új fajtáknak, amelyek egy adott régióhoz alkalmazkodnak, élesebbnek kell lenniük, így gyorsabban kell nemesítenünk és több fajtát kell kifejlesztenünk, mint a múltban. Itt segíthet ez a módszer. Bármi, amit megtehet annak érdekében, hogy lerövidítse az új növényfajták szántóföldi megjelenésének idejét, hasznos lesz.”

Kihívások Ahead

Eddig a gyorstenyésztés mutatta a legnagyobb potenciált azokban a hosszú nappalos fajokban, amelyek hosszabb ideig virágoznak nap, ami miatt Hickey és kollégái biztosak abban, hogy működni fog olyan növényekkel, mint a napraforgó, a bors és retek.

„Nehezebb lesz a gyorstenyésztést olyan „rövid napos” fajokra alkalmazni, mint a rizs, a kukorica és a cirok – mondja –, de úgy gondolom, hogy van lehetőség a gyors kerékpározási rendszer optimalizálására. Csupán a fotoperiódus és a hőmérsékleti rezsim módosításáról van szó.”

Valójában annak ellenére, hogy a földimogyoró „rövid napos” faj, egyes kutatók már kimutatták, hogy a gyorstenyésztés ezeknek a hüvelyeseknek is előnyös.

„Sikeresen alkalmazzuk az UQ kutatói által kifejlesztett gyorstenyésztési technikát a földimogyoróban már évek óta” – mondja Graeme Wright, az ausztrál Peanut Company nemesítője. Wright úgy véli, hogy a gyorstenyésztésben alkalmazott hosszú fényintervallumok valójában a naphosszra érzéketlen növények kiválasztását jelenthetik. azt mondja, hogy „kívánatos tulajdonság, mivel ez azt jelenti, hogy a kifejlesztett fajtáknak széles körben alkalmazkodniuk kell a szélességi fokokhoz, és a szaporodási növekedés nem függ a naptól hossz."

CRISPR and Beyond

Ezt az új módszert lőszernek kell tekinteni, amelyet a tenyésztők a genetikai fegyverek egyre növekvő arzenáljához adhatnak hozzá. Az elmúlt néhány évben a genomika fejlődése lehetővé tette a tudósok számára olyan génszerkesztő eszközök használatát, mint pl CRISPR hogy módosítsa a genomokat, hogy olyan dolgokat tartalmazzon szárazságállóság és magasabb táplálkozás.

„A gyorstenyésztés az egyik eszköz a fészerben” – mondja Hickey. „Az igazi hatás az lesz, ha ezt az eszközt kombináljuk más, a növénynemesítési területen gyorsan fejlődő technológiánkkal. CRISPR, genomikai eszközök, genomi szelekció és előrejelzés.”

A kutatók azonban elismerik, hogy nem lesz könnyű minden tenyésztőt a gyorstenyésztési rendszerre átállítani. A régi szokások nehezen halnak meg, és a tudósok eredendően szkeptikusak. Ha ehhez hozzáadjuk az ilyen módszerre való átálláshoz szükséges infrastrukturális változtatásokat, akkor egyértelmű, hogy rögös út áll előttünk. Hickey és Wright a közelmúltban publikált tanulmányukkal mégis remélik, hogy más tenyésztők és kutatók is meglátják a technikájukban rejlő lehetőségeket.

Azoknak, akik érdeklődnek a gyorstenyésztés iránt, Hickey-nek van egy egyszerű javaslata a kezdéshez: "Csak hagyd égve a villanyt, haver."

Szerkesztői ajánlások

• Hogy több hely legyen az állatállománynak, a hollandok teheneket költöztetnek egy úszó farmra