Эти учёные недавно опубликовал статью, подробно описывающую новую технику селекции растений это может произвести революцию в способах выращивания сельскохозяйственных культур и ускорить темпы разработки более выносливых, здоровых и универсальных растений перед лицом изменения климата. По мере изменения климата меняется и продуктивность растений в данном регионе. Ключом к нашему сытому будущему может стать разнообразие устойчивых культур, способных расти в самых разных условиях окружающей среды.
«Многие учёные говорили, что это невозможно. Это была настолько радикальная идея, что нам сказали, что мы не сможем ее осуществить».
«Темпы прироста в большинстве программ селекции сельскохозяйственных культур отстают от потребностей, предъявляемых растущей популяцией», Бранде Вульф
, генетик сельскохозяйственных культур из Центра Джона Иннеса в Великобритании и автор статьи, рассказал Digital Trends. «Ускоряя рост и воспроизводство сельскохозяйственных культур, ученые и селекционеры всего мира смогут быстрее выводить и создавать растения, которые более питательны, устойчивы к болезням и лучше адаптированы к будущему. климат».Этот метод, получивший соответствующее название «скоростная селекция», уже показал, что он выращивает пшеницу — от семени к семени — всего за восемь недель. Это в три раза быстрее, чем метод размножения, который вызвал Зеленая революция. Несмотря на то, что результаты скоростного разведения еще находятся на юном этапе, некоторые аналитики указывают на него как на ключевой инструмент в наступлении новой сельскохозяйственной эры.
Происхождение космического пространства
Возможно, неудивительно, что концепция разведения скорости возникла в НАСА. Во время мозгового штурма о том, как вырастить пшеницу в космическое пространство, у ученых агентства возникла сумасшедшая идея — почему бы и нет накройте растения постоянным светом, давая им возможность быстрее взрослеть? Ведь растения любят свет. Они жаждут этого, расщепляя фотоны вместе с углекислым газом и водой, чтобы создать сахара, необходимые им для роста. Непрерывный свет может означать непрерывный рост. Просто, правда?
Доктор Бранде Вульф (слева) и доктор Ли Хики рассматривают посевы пшеницы скоростной селекции. Фото: Лаборатория Хики/Университет Квинсленда
«Многие учёные говорили, что это невозможно». Ли Хикки, специалист по растениеводству из Университета Квинсленда и один из первых, кто принял план НАСА десять лет назад, рассказывает Digital Trends. «Это была настолько радикальная идея, что нам сказали, что мы не сможем ее осуществить».
Но Ли и его команду не смутили скептики. Верные научному методу, они «попробовали», разработав эксперименты, чтобы проверить, повысит ли интенсивный световой режим продуктивность растений.
Это не так. Когда ученые впервые вырастили пшеницу в системе скоростной селекции, «они выглядели ужасно», говорит Хики, «действительно худыми». Но благодаря серии экспериментов, которые оптимизировали такие вещи, как питание, водоснабжения, частоты освещения и температуры в теплице, травы начали созревать быстрее и лучше, даже показывая большую урожайность зерна, чем в традиционно выращенных теплицах. пшеница.
Ли, Райт и их коллеги, в том числе исследователи из Сиднейского университета, остановились на таком световом режиме, который заставил бы отступить даже самых преданных поклонников Солнца. Культуры «длинного дня», такие как пшеница, ячмень и нут (которые цветут в ответ на более длинный дневной цикл) подвергается воздействию до 22 часов непрерывного света в день, излучаемого светодиодными лампами, подвешенными над растениями. кровати.
Жажда скорости
Согласно протоколу скоростной селекции, такие растения, как пшеница, могут перейти от семени к семени всего за восемь недель, а это означает, что селекционеры могут выращивать до шести поколений каждый год.
«Настоящая инновация, которую они здесь демонстрируют, — это возможность очень быстро менять поколения. Это ключевой аспект селекции растений».
«Настоящая инновация, которую они здесь демонстрируют, — это возможность очень быстро менять поколения», Чарльз Браммер, - говорит ученый-растениевод из Калифорнийского университета в Дэвисе и бывший президент Американского общества растениеводства, который не принимал участия в исследовании. «Это ключевой аспект селекции растений».
С каждым новым поколением исследователи пытаются создать желательные черты, одновременно выводя нежелательные. Чем быстрее они смогут вывести поколение от семени к семени, тем быстрее они смогут удалить нежелательные черты, одновременно продвигая желаемые.
Возьмем, к примеру, прорастание перед сбором урожая (PHS) — явление, которое приводит к преждевременному прорастанию пшеницы из-за продолжительных дождей и высокой влажности.
«Это огромная проблема для Австралии, потому что все наши сорта восприимчивы», — говорит Хики.
Восприимчивость к PHS, по крайней мере частично, контролируется генетикой путем селекции и скрещивания разных сортов пшеницы. сортов, исследователи стремятся устранить эту генетическую особенность, сделав будущие поколения пшеницы более устойчивыми к сильным дождям и влажность. Компания Dow AgroSciences уже применила метод скоростной селекции и вывела сорт пшеницы, устойчивый к PHS.
Это очень просто: увеличьте скорость посева семян, и вы облегчите селекционерам получение желаемых культур. Увеличьте его в три раза, и вы дадите им исключительный инструмент для создания элитных культур.
Селекция растений космической эры прокладывает путь к будущим урожаям
«Многие гены устойчивости к болезням можно обнаружить у диких родственников наших одомашненных сельскохозяйственных растений, — говорит Вульф, — но скрещивание Ген устойчивости к болезням из дикой пшеницы в одомашненный элитный сорт — это все равно, что скрестить скаковую лошадь с ослом! Требуется много, много лет… чтобы объединить лучшее из обоих миров. Скоростная селекция может ускорить этот процесс и сократить время, необходимое для выведения нового сорта пшеницы с превосходными характеристиками».
Брюммер говорит об этом прямо. «Двигаться быстрее — вот суть игры», — говорит он. «Это один из способов двигаться намного быстрее».
Поля мечты
Однако большая часть пшеницы, из которой делаются макароны и хлеб, не выращивается в теплицах, и многие из них следуют за начальными этапами селекции.
«Настоящий эффект будет достигнут от объединения этого инструмента с другими имеющимися у нас технологиями, которые быстро развиваются в области селекции растений».
«На каком-то уровне, независимо от того, какие геномные инструменты вы используете, вам нужно поместить растения в поле и посмотреть, как они себя ведут», — объясняет Браммер.
Именно в полевых условиях проводятся тепличные эксперименты. Сорт культуры может хорошо себя чувствовать в искусственной среде, где температура, подача воды и световой режим легко регулируются. регулируется, но если он не процветает в поле, где выращивается подавляющее большинство наших культур, то это практически чушь. Новые сорта пшеницы должны быть продуктивными в условиях стихии, чтобы фермеры могли их использовать.
«Полевые испытания очень важны», — говорит Хики. «Мы должны это иметь и убедиться, что сорта, которые мы предлагаем фермерам, проверены и имеют проверенную репутацию. Им еще предстоит пройти эти три или четыре года полевой оценки».
Тем не менее, даже подсчитав несколько лет полевых испытаний, Хики подсчитал, что быстрое размножение может уместиться в четыре или пять циклов размножения до 2050 года, когда популяция сократится. ожидается, превысит девять миллиардов и изменение климата будет ощутимым во всем мире. Есть надежда, что в ближайшие несколько десятилетий селекционеры смогут вывести сорта, достаточно устойчивые, чтобы противостоять воздействиям окружающей среды.
Хики Лаборатория/Университет Квинсленда
«Погода и климат в той или иной степени всегда меняются, но сейчас мы видим, что климат меняется. меняются быстрее, и, возможно, в результате этого мы наблюдаем более экстремальные погодные условия», — сказал Браммер. говорит. «Возможно, новые сорта, адаптированные к конкретному региону, должны быть более острыми, поэтому нам нужно будет быстрее разводить и выводить больше сортов, чем раньше. Вот где этот метод может помочь. Все, что вы можете сделать, чтобы сократить время на выведение новых сортов растений в поле, будет полезным».
Предстоящие задачи
На данный момент скоростная селекция продемонстрировала наибольший потенциал у видов длинного дня, которые цветут в ответ на более продолжительное время суток. дней, что вселяет Хики и его коллег в уверенность в том, что он будет работать с такими растениями, как подсолнечник, перец и редис.
«Будет сложнее применить скоростную селекцию к видам «короткого дня», таким как рис, кукуруза и сорго, — говорит он, — но я думаю, что есть возможности для оптимизации системы быстрого цикла. Это всего лишь вопрос настройки фотопериода и температурного режима».
Фактически, несмотря на то, что арахис является видом «короткого дня», некоторые исследователи уже показали, что быстрое размножение также приносит пользу этим бобовым.
«Мы уже несколько лет успешно используем метод скоростной селекции арахиса, разработанный исследователями UQ», — говорит Грэм Райт, селекционер австралийской компании Peanut Company. Райт считает, что длинные световые интервалы, используемые в скоростной селекции, на самом деле могут быть причиной отбора отдельных растений с нечувствительностью к длине дня, что он и сделал. говорит, что это «желательная черта, поскольку это означает… выведенные сорта должны иметь широкую адаптацию к широте, при этом репродуктивный рост не зависит от дня недели». длина."
CRISPR и не только
Этот новый метод следует рассматривать как боеприпас, который селекционеры могут добавить к растущему арсеналу генетического оружия. За последние несколько лет достижения в области геномики позволили ученым использовать такие инструменты редактирования генов, как КРИСПР модифицировать геномы, включив в них такие вещи, как засухоустойчивость и повышенная питательность.
«Скоростное разведение — один из инструментов в сарае», — говорит Хики. «Настоящий эффект будет достигнут от объединения этого инструмента с другими имеющимися у нас технологиями, которые быстро развиваются в области селекции растений. CRISPR, инструменты геномики, геномная селекция и прогнозирование».
Но исследователи признают, что перевести всех заводчиков на режим скоростного разведения будет непросто. Старые привычки отмирают с трудом, а ученые по своей природе настроены скептически. Добавьте к этому изменения в инфраструктуре, необходимые для перехода к такому методу, и становится ясно, что впереди ждет тернистый путь. Тем не менее, в своей недавно опубликованной статье Хики и Райт надеются, что другие селекционеры и исследователи увидят потенциал их метода.
Тем, кто заинтересован в скоростном разведении, Хики предлагает простой совет, с чего начать: «Просто оставь свет включенным, приятель».
Рекомендации редакции
- Чтобы освободить больше места для скота, голландцы перегонят коров на плавучую ферму
