Култури, устойчиви на климата: Отглеждане на устойчивост в променящ се свят

Изменението на климата представлява безпрецедентни предизвикателства пред глобалната продоволствена сигурност. Нарастващите температури, променените валежни режими и увеличената честота на екстремни метеорологични явления като суши и горещи вълни значително влияят върху добивите на културите и селскостопанската производителност в световен мащаб. В отговор на тези предизвикателства, разработването и широкото приемане на култури, устойчиви на климата, особено тези, проявяващи устойчивост на суша и топлина, стават все по-критични. Този блог пост разглежда значението на тези култури, научните постижения, които движат тяхното развитие, и глобалните усилия, насочени към осигуряване на устойчиво снабдяване с храни за бъдещите поколения.

Спешната нужда от устойчиви на климата култури

Селското стопанство е изключително уязвимо към изменението на климата. Водният недостиг, топлинният стрес и променящите се вегетационни периоди застрашават производителността на основни култури като пшеница, ориз, царевица и соя. Тези уязвимости имат широкообхватни последици, включително:

• Намалени добиви на културите: Сушите и горещите вълни могат значително да намалят добивите на културите, което води до недостиг на храна и ценова волатилност.
• Увеличена продоволствена несигурност: Изменението на климата непропорционално засяга уязвимите групи от населението, изостряйки продоволствената несигурност в региони, които вече се борят с недохранване.
• Икономически въздействия: Неуспешните реколти могат да опустошат селскостопанските икономики, засягайки поминъка и регионалната стабилност.
• Увреждане на околната среда: Интензивното напояване в отговор на сушата може да изчерпи водните ресурси и да допринесе за деградация на почвата.

Следователно, разработването на култури, които могат да издържат на тези натоварвания, е от съществено значение за смекчаване на негативните въздействия от изменението на климата върху производството на храни.

Разбиране на устойчивостта на суша и топлина

Устойчивостта на суша и топлина са сложни характеристики, управлявани от множество гени. Растенията използват различни механизми, за да оцеляват и процъфтяват при тези стресови условия:

Механизми за устойчивост на суша:

• Избягване на сушата: Някои растения завършват жизнения си цикъл преди настъпването на силна суша. Тази стратегия често включва ранно цъфтеж и бързо узряване.
• Избягване на сушата: Тези растения минимизират загубата на вода. Примерите включват:
• Дълбоки и обширни коренови системи за достъп до по-дълбоки водни източници.
• Ефективно използване на вода, като контрол на устицата за намаляване на транспирацията.
• Модификации на листата, като по-дебела кутикула или намалена повърхност на листата, за минимизиране на загубата на вода.
• Устойчивост на суша (Устойчивост на дехидратация): Тези растения могат да издържат на клетъчна дехидратация. Механизмите включват:
• Натрупване на осмопротектори (напр. пролин, глицин бетаин) за поддържане на клетъчния тургор.
• Производство на протеини-протектори (напр. протеини от топлинен шок) за стабилизиране на клетъчните структури.

Механизми за устойчивост на топлина:

• Протеини от топлинен шок (HSPs): Тези протеини предпазват клетъчните структури от увреждане, причинено от топлина.
• Антиоксидантни системи: Топлинният стрес може да доведе до производството на реактивни кислородни видове (ROS), които увреждат клетките. Антиоксидантните ензими и съединения неутрализират тези вредни молекули.
• Стабилност на мембраните: Поддържането на целостта на мембраните при високи температури е от решаващо значение. Растенията с по-стабилни мембранни липиди проявяват по-голяма устойчивост на топлина.

Стратегии за селекция за устойчивост на климата

Разработването на устойчиви на климата култури включва комбинация от традиционни методи за селекция и напреднали технологии:

Традиционна селекция:

Това включва подбор и кръстосване на растения с желани характеристики в продължение на множество поколения. Основните стъпки включват:

• Фенотипизиране: Оценка на растенията за устойчивост на суша и топлина при контролирани или полеви условия. Това може да включва измерване на характеристики като добив при стрес, ефективност на използване на водата и температура на листата.
• Селекция: Идентифициране и подбор на растения с превъзходно представяне при стрес.
• Кръстосване: Кръстосване на подбрани растения за комбиниране на желаните характеристики.
• Обратно кръстосване: Кръстосване на потомството с родителското растение за усъвършенстване на специфични характеристики.

Съвременни технологии за селекция:

Напредналите технологии ускоряват разработването на устойчиви на климата култури:

• Маркерно-асистирана селекция (MAS): Тази техника използва ДНК маркери, свързани с желаните гени, за по-ефективно идентифициране на растения с тези гени.
• Геномна селекция (GS): GS използва геномни данни за прогнозиране на представянето на селекционни линии. Това подобрява точността и ефективността на селекцията.
• Генетично инженерство (GE): GE включва директна модификация на растителните гени за подобряване на характеристиките. Примерите включват въвеждане на гени за устойчивост на суша или топлина от други организми.
• Редактиране на геном: Технологии като CRISPR-Cas9 позволяват прецизна модификация на растителните гени с по-голяма ефективност и точност от традиционното генетично инженерство.

Примери за устойчиви на климата култури в действие

Множество инициативи по света разработват и внедряват устойчиви на климата култури:

Устойчива на суша царевица

Изследователи и селекционери постигнаха значителен напредък в разработването на сортове царевица, устойчиви на суша. Например, няколко компании за семена предлагат хибриди царевица, устойчиви на суша, които могат да поддържат приемливи добиви дори при условия на недостиг на вода. Тези сортове са особено важни в региони като Субсахарска Африка, където царевицата е основна хранителна култура, а водният недостиг е значително предизвикателство.

Устойчив на топлина ориз

Оризът е ключов източник на храна за милиарди хора. Разработването на устойчиви на топлина сортове ориз е от съществено значение за осигуряване на добиви при нарастващи температури. Учените идентифицират и интегрират гени за устойчивост на топлина в оризови култури. Например, IRRI (Международен институт за изследване на ориза) и националните системи за селскостопански изследвания работят по устойчиви на топлина сортове ориз, подходящи за различни селскостопански среди, включително Южна и Югоизточна Азия. Разработването и разпространението на тези сортове значително помага в региони, където отглеждането на ориз е от решаващо значение.

Устойчива на суша пшеница

Пшеницата е друга основна зърнена култура, уязвима към суша. Селекционните програми се фокусират върху разработването на сортове пшеница, които могат да издържат на водния недостиг. Тези усилия включват идентифициране на местни сортове пшеница с превъзходни характеристики за устойчивост на суша и използване на маркерно-асистирана селекция за ускоряване на селекционния процес. Сортове с увеличена дълбочина на корените и ефективно използване на водата се внедряват, особено в региони като Австралия, Съединените щати и Индия, където производството на пшеница е подложено на значителен воден стрес.

Други култури

Освен царевица, ориз и пшеница, има текущи усилия за разработване на устойчиви на климата сортове на други важни култури, включително:

• Бобови култури (боб, леща, нахут): Разработват се устойчиви на суша бобови култури за подобряване на продоволствената сигурност и осигуряване на източник на азотфиксация в устойчиви земеделски системи, особено в региони със сух климат.
• Сорго и просо: Тези култури са по своята същност по-устойчиви на суша от много други и се подобряват допълнително чрез селекционни програми, осигурявайки жизненоважни хранителни източници в засушливите и полузасушливите региони на Африка и Азия.
• Зеленчуци и плодове: Селекционните програми работят по подобряване на устойчивостта на зеленчуци и плодове като домати, чушки и манго за толериране на топлинния стрес и променящата се наличност на вода.

Глобални инициативи и организации

Няколко международни организации и инициативи играят решаваща роля за напредъка в разработването и разпространението на устойчиви на климата култури:

• CGIAR (Консултативна група за международни селскостопански изследвания): Центровете на CGIAR, като Международния център за подобряване на царевицата и пшеницата (CIMMYT) и Международния институт за изследване на ориза (IRRI), провеждат изследователски и селекционни програми, фокусирани върху разработването на устойчиви на климата култури за бедните фермери в развиващите се страни.
• Глобалният тръст за биоразнообразие на културите: Тази организация подкрепя опазването и наличността на биоразнообразието на културите, което е от съществено значение за селекцията на устойчиви на климата култури.
• Национални системи за селскостопански изследвания (NARS): NARS в различни страни активно участват в селекцията на устойчиви на климата култури и предоставят консултантски услуги на фермерите.
• Международни компании за семена: Много компании за семена инвестират в научноизследователска и развойна дейност за устойчиви на климата култури, като ги правят достъпни за фермерите в световен мащаб.

Предизвикателства и бъдещи насоки

Въпреки че са постигнати значителни успехи, остават няколко предизвикателства:

• Сложност на характеристиките: Устойчивостта на суша и топлина са сложни характеристики, контролирани от множество гени, което прави селекцията предизвикателство.
• Взаимодействия с околната среда: Представянето на културите се влияе от взаимодействията между гените и околната среда, което затруднява прогнозирането на поведението на културите при специфични условия.
• Регулаторни пречки: Процесът на регулаторно одобрение на генетично модифицирани култури може да бъде продължителен и скъп, което може да забави наличността на тези култури.
• Справедливост и достъп: Осигуряването на достъпност на устойчивите на климата култури за малките фермери, особено в развиващите се страни, е от съществено значение за постигане на продоволствена сигурност.

Бъдещите изследователски и развойни усилия трябва да се съсредоточат върху:

• Напреднали технологии за селекция: Ускоряване на използването на геномна селекция, редактиране на гени и други напреднали технологии за селекция за ускоряване на селекционния прогрес.
• Разбиране на взаимодействията растения-среда: Подобряване на нашето разбиране за сложните взаимодействия между растенията и тяхната среда, за да се прогнозира по-добре представянето на културите.
• Разработване на стратегии за климатично умно земеделие: Интегриране на устойчиви на климата култури в по-широки земеделски системи, които насърчават устойчивото управление на земите, пестенето на вода и интегрираната борба с вредителите.
• Подобряване на образованието на фермерите и консултантските услуги: Предоставяне на фермерите на знанията и ресурсите, от които се нуждаят, за ефективно приемане и използване на устойчиви на климата култури.

Действени прозрения за бъдещето

За да се гарантира успехът на устойчивите на климата култури, няколко действия са от решаващо значение:

• Инвестирайте в научноизследователска и развойна дейност: Правителствата и частните организации трябва да инвестират в научноизследователска и развойна дейност за разработване и внедряване на устойчиви на климата култури. Това включва финансиране на селекционни програми, подкрепа за основни изследвания и инвестиции в инфраструктура и технологии.
• Насърчавайте международното сътрудничество: Международното сътрудничество е от съществено значение за споделяне на знания, ресурси и селекционни материали. Това включва подкрепа за съвместни изследователски проекти, улесняване на обмена на гермоплазма и координиране на регулаторните рамки.
• Насърчавайте устойчивите селскостопански практики: Устойчивите на климата култури са най-ефективни, когато са интегрирани в устойчиви земеделски системи, които насърчават здравето на почвата, пестенето на вода и интегрираната борба с вредителите.
• Подкрепете малките фермери: Осигурете на малките фермери достъп до устойчиви на климата култури, обучение и финансова подкрепа. Това включва осигуряване на достъпност на семена и селскостопански входни материали и предоставяне на консултантски услуги, за да помогнат на фермерите да приемат най-добрите практики.
• Повишаване на обществената осведоменост: Образовайте обществеността за значението на устойчивите на климата култури и тяхната роля за осигуряване на продоволствена сигурност. Това включва повишаване на осведомеността за ползите от тези култури и разсейване на погрешните схващания.

Заключение

Устойчивите на климата култури са от съществено значение за осигуряване на глобалната продоволствена сигурност на фона на изменението на климата. Чрез инвестиране в научноизследователска и развойна дейност, насърчаване на международното сътрудничество, насърчаване на устойчиви селскостопански практики, подкрепа за малките фермери и повишаване на обществената осведоменост, можем да култивираме по-устойчива и справедлива хранителна система за бъдещите поколения. Разработването и широкото приемане на устойчиви на суша и топлина култури не е просто земеделски императив; то е фундаментална стъпка към изграждане на по-устойчив и справедлив свят.