כיצד גידולי "גידול מהיר" יכולים לחולל מהפכה בחקלאות

אומרים שמהירות הורגת, אבל כשזה מגיע לגדל מספיק מזון לעתיד שלנו, מהירות יכולה לאיית את ההבדל בין משתה לרעב. למרבה המזל, יש קבוצה של מדענים עם כף הרגל שלהם על הדוושה.

מדענים אלה לאחרונה פרסם מאמר המפרט טכניקת גידול צמחים חדשה שעשוי לחולל מהפכה בדרך שבה אנו מגדלים יבולים ולהאיץ את הקצב שבו נוכל לפתח צמחים עמידים, בריאים ומגוונים יותר לנוכח שינויי האקלים. ככל שהאקלים משתנה, כך גם התפוקה של הצמח באזור נתון משתנה. המפתח לעתיד המזון שלנו עשוי להיות מגוון של גידולים עמידים שיכולים לצמוח בתנאים סביבתיים מגוונים.

"שיעור הרווח ברוב התוכניות לגידול יבולים מפגר מאחורי הדרישות שמציבה אוכלוסייה גדלה." ברנדה וולף, גנטיקאי גידולים במרכז ג'ון אינס בבריטניה ומחבר המאמר, מספר ל-Digital Trends. "על ידי האצת הגידול והרבייה של היבולים, מדענים ומגדלים ברחבי העולם יוכלו לעשות זאת מהר יותר מגדלים ומהנדסים צמחים מזינים יותר, עמידים בפני מחלות ואשר מותאמים טוב יותר למחר אַקלִים."

שמה המתאים "גידול מהיר", השיטה כבר הוכחה לגדל חיטה - מזרע לזרע - תוך שמונה שבועות בלבד. זה מהיר פי שלושה מטכניקת הגידול שעוררה את

מהפכה ירוקה. למרות שעדיין בגיל ההתבגרות, תוצאות גידול המהירות גרמו לכמה אנליסטים להצביע עליה ככלי מרכזי בבואו של עידן חקלאי חדש.

מקורות החלל החיצון

אולי זה לא מפתיע שמושג גידול המהירות מקורו בנאס"א. תוך כדי סיעור מוחות על דרכים לגדל חיטה חלל חיצון, למדענים של הסוכנות היה הרעיון המטורף הזה - למה לא לעטוף את הצמחים באור תמידי, להעצים אותם להתבגר מהר יותר? צמחים, אחרי הכל, אוהבים אור. הם משתוקקים לזה, כותשים פוטונים יחד עם פחמן דו חמצני ומים כדי ליצור את הסוכרים שהם צריכים כדי לגדול. אור מתמשך עשוי להיות צמיחה מתמשכת. פשוט, נכון?

"הרבה מדענים אמרו שזה בלתי אפשרי", לי היקי, מדען יבולים באוניברסיטת קווינסלנד ואחד הראשונים שאימצו את התוכנית של נאס"א לפני עשור, מספר ל-Digital Trends. "זה היה רעיון כל כך קיצוני שהם אמרו לנו שאנחנו לא יכולים לעשות את זה".

אבל לי והצוות שלו לא התרגשו מהמשיבים. נאמנים לשיטה המדעית, הם "נתנו את זה", ותכנן ניסויים כדי לבדוק אם משטרי אור אינטנסיביים יגביר את הפרודוקטיביות של הצמחים.

זה לא קרה. כשהמדענים גידלו לראשונה חיטה במערכת גידול מהירה, "הם נראו נורא", אומר היקי, "ממש מטומטמים". אבל באמצעות סדרה של ניסויים שיעלו דברים כמו תזונה, אספקת מים, תדירות האור וטמפרטורת החממה, הדשאים התחילו להבשיל מהר יותר ובהתאמה, אפילו הראו פרודוקטיביות דגנים יותר מאשר חממה שגדלה באופן רגיל. חיטה.

לי, רייט ועמיתיהם, כולל חוקרים מאוניברסיטת סידני, התיישבו במשטר קל שיגרום אפילו למתפללי השמש האדוקים ביותר להתרחק. גידולי "יום ארוך" כמו חיטה, שעורה וחומוס (שפורחים בתגובה למחזורי יום ארוכים יותר) הם חשוף לעד 22 שעות של אור רציף ביום, מואר ממנורות LED שנתלו מעל הצמח מיטות.

הצורך במהירות

לפי פרוטוקול הגידול המהיר, צמחים כמו חיטה יכולים לעבור מזרע לזרע תוך שמונה שבועות בלבד, כלומר מגדלים יכולים לגדול עד שישה דורות מדי שנה.

"החידוש האמיתי שהם מראים כאן הוא היכולת לחולל דורות מהר מאוד", צ'ארלס ברומר, אומר מדען יבול של UC Davis ונשיא בעבר של האגודה למדעי הגידולים של אמריקה, שלא היה מעורב במחקר. "זה היבט מרכזי של גידול צמחים."

עם כל דור חדש, החוקרים מנסים להתרבות בתכונות רצויות תוך רבייה של תכונות לא רצויות. ככל שהם יכולים לקחת דור מהר יותר מזרע לזרע, כך הם יכולים להסיר מהר יותר תכונות לא רצויות תוך קידום מבוקשות.

קחו למשל את הנבטה לפני הקציר (PHS), תופעה הגורמת לנביטה מוקדמת של חיטה עקב גשם ממושך ולחות גבוהה.

"זו בעיה ענקית באוסטרליה כי כל הזנים שלנו רגישים", אומר היקי.

הרגישות ל-PHS נשלטת לפחות חלקית על ידי גנטיקה ולכן, על ידי רבייה סלקטיבית והצלבה של חיטה שונות זנים, חוקרים שואפים לחסל את התכונה הגנטית הזו, ולהפוך את דורות החיטה העתידיים לעמידים יותר בפני גשמים גבוהים לחות. חברת Dow AgroSciences כבר אימצה את טכניקת הגידול המהיר ופיתחה מגוון חיטה עם עמידות ל-PHS.

זה כל כך פשוט: הגדל את מהירות זרע לזרע של יבול ותקל על המגדלים לפתח יבולים רצויים. הגדל אותו פי 3 ואתה נותן להם כלי יוצא דופן ליצור יבולים עילית.

"ניתן למצוא גנים רבים לעמידות למחלות אצל קרובי משפחה של צמחי הגידול המבויתים שלנו", אומר וולף, "אבל חוצה גן עמידות למחלות מחיטת בר לזן עילית מבוית הוא כמו גידול סוס מירוץ עם חמור! זה לוקח הרבה מאוד שנים...לשלב את הטוב משני העולמות. גידול מהיר יכול להאיץ את התהליך הזה ולקצר את הזמן הנדרש לפיתוח זן חיטה חדש עם תכונות מעולות".

ברומר אומר זאת בבוטות. "לזוז מהר יותר זה שם המשחק", הוא אומר. "זו דרך אחת לנוע הרבה יותר מהר."

שדות חלומות

עם זאת, רוב החיטה שעושה אותה לפסטה וללחם שלנו לא גדלה בחממות, ויש הרבה שאחרי שלבי הרבייה הראשוניים.

"ברמה מסוימת, ללא קשר לכלים הגנומיים שבהם אתה משתמש, אתה צריך להכניס צמחים לשטח ולראות איך הם מתפקדים", מסביר ברומר.

בשטח עומדים למבחן ניסויי החממה. זן יבולים עשוי להופיע היטב בסביבה מלאכותית, שבה טמפרטורה, אספקת מים ומשטרי אור ניתנים בקלות מוסדר, אבל אם זה לא משגשג בשטח, שבו הרוב המכריע של הגידולים שלנו גדלים, אז זה למעשה לֹא יִצְלַח. זני חיטה חדשים חייבים להיות פרודוקטיביים בחוץ כדי שהחקלאים יוכלו לקחת אותם על עצמם.

"בדיקות שדה הן כל כך קריטיות", אומר היקי. "עלינו לקבל את זה ולוודא שהזנים שאנו משחררים לחקלאים מוכחים ובעלי רקורד מוכח. הם עדיין צריכים לעבור את שלוש או ארבע השנים האלה של הערכת שטח".

ובכל זאת, אפילו בחישוב בשנים הספורות של בדיקות שדה, היקי מעריך שגידול מהירות יכול להידחק בארבעה או חמישה מחזורי רבייה לפני 2050, כאשר האוכלוסייה היא צפוי לעבור תשעה מיליארד ושינויי האקלים יהיו מוחשיים ברחבי העולם. התקווה היא שבעשורים הקרובים, מגדלים יוכלו לפתח זנים עמידים מספיק כדי לעמוד במה שהסביבה זורקת עליהם.

"מזג האוויר והאקלים תמיד משתנים במידה מסוימת, אבל מה שאנחנו רואים עכשיו זה שהאקלים כן משתנה מהר יותר, ואולי אנו רואים מזג אוויר קיצוני יותר כתוצאה מכך", בראמר אומר. "אולי הזנים החדשים המותאמים לאזור מסוים צריכים להיות חריפים יותר, אז נצטרך להתרבות מהר יותר ולפתח יותר זנים מבעבר. שם השיטה הזו יכולה לעזור. כל מה שתוכל לעשות כדי לקצר את הזמן הזה כדי להוציא זני צמחים חדשים לשטח יהיה שימושי".

אתגרים לפנינו

עד כה, רבייה מהירה הראתה את הפוטנציאל הגדול ביותר במינים של ימים ארוכים הפורחים בתגובה ליותר זמן ימים, מה שגורם להיקי ועמיתיו בטוחים שזה יעבוד עם צמחים כמו חמניות, פלפל ו צְנוֹן.

"זה יהיה מסובך יותר ליישם גידול מהיר על מינים של 'יום קצר' כמו אורז, תירס וסורגום", הוא אומר, "אבל אני חושב שיש מקום לאופטימיזציה של מערכת רכיבה מהירה. זה רק עניין של להתאים את משטרי הצילום והטמפרטורה."

למעשה, למרות היותם של בוטנים סוג של "יום קצר", כמה חוקרים כבר הראו שגידול מהיר מועיל גם לקטניות אלו.

"השתמשנו בהצלחה בטכניקת גידול המהירות שפותחו על ידי חוקרי UQ בבוטנים כבר מספר שנים", אומר גראם רייט, מגדל בחברת הבוטנים באוסטרליה. רייט חושב שמרווחי האור הארוכים המשמשים בגידול מהיר עשויים למעשה לבחור בצמחים בודדים עם חוסר רגישות לאורך היום, שהוא אומר שהוא "תכונה רצויה מכיוון שמשמעותה... לזנים שפותחו צריכים להיות התאמה רחבה לקו הרוחב, כאשר גידול הרבייה אינו תלוי ביום אורך."

CRISPR ומעבר

יש לראות בשיטה החדשה הזו תחמושת שמגדלים יכולים להוסיף לארסנל הולך וגדל של נשק גנטי. במהלך השנים האחרונות, התקדמות הגנומיקה אפשרה למדענים להשתמש בכלים לעריכת גנים כמו CRISPR לשנות גנומים כדי לכלול דברים כמו עמידות לבצורת ותזונה גבוהה יותר.

"גידול מהירות הוא כלי אחד בסככה", אומר היקי. "ההשפעה האמיתית תבוא משילוב הכלי הזה עם טכנולוגיות אחרות שיש לנו שמתפתחות במהירות במרחב גידול הצמחים. CRISPR, כלים גנומיים, בחירה גנומית וחיזוי."

אבל החוקרים מכירים בכך שלא יהיה קל להמיר את כל המגדלים למשטר הגידול המהיר. הרגלים ישנים מתים קשה ומדענים ספקנים מטבעם. תוסיפו לזה את שינויי התשתית הדרושים כדי לעבור לשיטה כזו, וברור שיש לפנינו דרך משובשת. ובכל זאת, במאמרם שפורסם לאחרונה, היקי ורייט מקווים שמגדלים וחוקרים אחרים יראו את הפוטנציאל הטמון בטכניקה שלהם.

למי שמעוניין לאמץ גידול מהיר, להיקי יש הצעה פשוטה כיצד להתחיל - "פשוט תשאיר את האורות דולקים, חבר."

המלצות עורכים

• כדי לפנות יותר מקום לבעלי חיים, ההולנדים יעבירו פרות לחווה צפה