Kulture otporne na klimatske promjene: Uzgoj otpornosti u svijetu koji se mijenja

Klimatske promjene predstavljaju neviđene izazove za globalnu sigurnost hrane. Porast temperatura, izmijenjeni obrasci oborina i povećana učestalost ekstremnih vremenskih događaja poput suša i toplinskih valova značajno utječu na prinose usjeva i poljoprivrednu produktivnost diljem svijeta. Kao odgovor na te izazove, razvoj i široka primjena usjeva otpornih na klimatske promjene, posebno onih koji pokazuju otpornost na sušu i toplinu, postaju sve kritičniji. Ovaj blog post istražuje važnost ovih usjeva, znanstvena dostignuća koja pokreću njihov razvoj i globalne napore usmjerene na osiguravanje održive opskrbe hranom za buduće generacije.

Hitna potreba za usjevima otpornima na klimatske promjene

Poljoprivreda je izuzetno ranjiva na klimatske promjene. Nedostatak vode, toplinski stres i promjenjive sezone rasta ugrožavaju produktivnost osnovnih usjeva poput pšenice, riže, kukuruza i soje. Te ranjivosti imaju dalekosežne posljedice, uključujući:

• Smanjeni prinosi usjeva: Suše i toplinski valovi mogu značajno smanjiti prinose usjeva, što dovodi do nestašica hrane i nestabilnosti cijena.
• Povećana nesigurnost hrane: Klimatske promjene nerazmjerno pogađaju ranjive populacije, pogoršavajući nesigurnost hrane u regijama koje se već bore s pothranjenošću.
• Ekonomski utjecaji: Neuspjesi usjeva mogu opustošiti poljoprivredna gospodarstva, utječući na život i regionalnu stabilnost.
• Degradacija okoliša: Intenzivno navodnjavanje kao odgovor na sušu može iscrpiti vodne resurse i pridonijeti degradaciji tla.

Stoga je razvoj usjeva koji mogu izdržati te stresove ključan za ublažavanje negativnih utjecaja klimatskih promjena na proizvodnju hrane.

Razumijevanje otpornosti na sušu i toplinu

Otpornost na sušu i toplinu složene su osobine kojima upravlja više gena. Biljke koriste različite mehanizme za preživljavanje i napredovanje u tim stresnim uvjetima:

Mehanizmi otpornosti na sušu:

• Izbjegavanje suše: Neke biljke dovršavaju svoj životni ciklus prije početka jake suše. Ova strategija često uključuje rano cvjetanje i brzo sazrijevanje.
• Izbjegavanje gubitka vode: Ove biljke minimiziraju gubitak vode. Primjeri uključuju:
• Duboki i opsežni korijenski sustavi za pristup dubljim izvorima vode.
• Učinkovita upotreba vode, poput kontrole stomata za smanjenje transpiracije.
• Modifikacije listova, poput debljih kutikula ili smanjene površine lista, za minimiziranje gubitka vode.
• Tolerancija na sušu (tolerancija na dehidraciju): Ove biljke mogu izdržati staničnu dehidraciju. Mehanizmi uključuju:
• Akumulaciju osmoprotektanata (npr. prolin, glicin betain) za održavanje turgora stanica.
• Proizvodnju zaštitnih proteina (npr. proteini toplinskog šoka) za stabilizaciju staničnih struktura.

Mehanizmi otpornosti na toplinu:

• Proteini toplinskog šoka (HSP): Ovi proteini štite stanične strukture od oštećenja izazvanih toplinom.
• Antioksidativni sustavi: Toplinski stres može dovesti do proizvodnje reaktivnih kisikovih vrsta (ROS), koje oštećuju stanice. Antioksidativni enzimi i spojevi neutraliziraju te štetne molekule.
• Stabilnost membrane: Održavanje integriteta membrane pri visokim temperaturama je ključno. Biljke sa stabilnijim membranskim lipidima pokazuju veću otpornost na toplinu.

Strategije uzgoja za otpornost na klimatske promjene

Razvoj usjeva otpornih na klimatske promjene uključuje kombinaciju tradicionalnih metoda uzgoja i naprednih tehnologija:

Tradicionalni uzgoj:

To uključuje odabir i križanje biljaka s poželjnim osobinama tijekom više generacija. Ključni koraci uključuju:

• Fenotipizacija: Procjena biljaka na otpornost na sušu i toplinu u kontroliranim ili poljskim uvjetima. To može uključivati mjerenje osobina kao što su prinos pod stresom, učinkovitost korištenja vode i temperatura lista.
• Selekcija: Identifikacija i odabir biljaka s vrhunskim performansama pod stresom.
• Križanje: Križanje odabranih biljaka za kombiniranje željenih osobina.
• Povratno križanje: Križanje potomstva s roditeljskom biljkom radi poboljšanja specifičnih osobina.

Suvremene tehnologije uzgoja:

Napredne tehnologije ubrzavaju razvoj usjeva otpornih na klimatske promjene:

• Selekcija potpomognuta markerima (MAS): Ova tehnika koristi DNA markere povezane s poželjnim genima za učinkovitiju identifikaciju biljaka s tim genima.
• Genomska selekcija (GS): GS koristi genomske podatke za predviđanje performansi uzgojnih linija. To poboljšava točnost i učinkovitost selekcije.
• Genetsko inženjerstvo (GE): GE uključuje izravnu modifikaciju gena biljaka radi poboljšanja osobina. Primjeri uključuju uvođenje gena za otpornost na sušu ili toplinu iz drugih organizama.
• Uređivanje genoma: Tehnologije poput CRISPR-Cas9 omogućuju preciznu modifikaciju gena biljaka s većom učinkovitošću i točnošću od tradicionalnog genetskog inženjerstva.

Primjeri usjeva otpornih na klimatske promjene u akciji

Brojne inicijative diljem svijeta razvijaju i primjenjuju usjeve otporne na klimatske promjene:

Kukuruz otporan na sušu

Istraživači i uzgajivači postigli su značajan napredak u razvoju sorti kukuruza otpornih na sušu. Na primjer, nekoliko sjemenskih tvrtki nudi hibride kukuruza otporne na sušu koji mogu održati prihvatljive prinose čak i pod uvjetima vodnog stresa. Ove su sorte posebno važne u regijama poput subsaharske Afrike, gdje je kukuruz osnovna žitarica, a nedostatak vode značajan izazov.

Riža otporna na toplinu

Riža je ključan izvor hrane za milijarde ljudi. Razvoj sorti riže otpornih na toplinu ključan je za osiguravanje prinosa pod rastućim temperaturama. Znanstvenici identificiraju i inkorporiraju gene za otpornost na toplinu u kultivare riže. Na primjer, IRRI (Međunarodni institut za istraživanje riže) i nacionalni poljoprivredni istraživački sustavi rade na sortama riže otpornim na toplinu pogodnim za različita uzgojna okruženja, uključujući južnu i jugoistočnu Aziju. Razvoj i distribucija ovih sorti značajno pomažu u regijama gdje je uzgoj riže ključan.

Pšenica otporna na sušu

Pšenica je još jedna esencijalna žitarica ranjiva na sušu. Programi uzgoja usmjereni su na razvoj sorti pšenice koje mogu izdržati nedostatak vode. Ti napori uključuju identificiranje pšeničnih landrasa s vrhunskim osobinama otpornosti na sušu i primjenu selekcije potpomognute markerima za ubrzavanje procesa uzgoja. Sorte s povećanom dubinom korijena i učinkovitom uporabom vode primjenjuju se, posebno u regijama poput Australije, Sjedinjenih Država i Indije, gdje se proizvodnja pšenice suočava sa značajnim vodnim stresom.

Ostali usjevi

Osim kukuruza, riže i pšenice, u tijeku su napori za razvoj sorti otpornih na klimatske promjene i drugih važnih usjeva, uključujući:

• Mahunarke (grah, leća, slanutak): Razvijaju se mahunarke otporne na sušu kako bi se poboljšala sigurnost hrane i osigurao izvor fiksacije dušika u održivim poljoprivrednim sustavima, posebno u regijama sa suhom klimom.
• Sirak i proso: Ove su kulture inherentno otpornije na sušu od mnogih drugih i dodatno se poboljšavaju programima uzgoja, pružajući ključne izvore hrane u sušnim i polusušnim regijama Afrike i Azije.
• Povrće i voće: Programi uzgoja rade na poboljšanju otpornosti povrća i voća poput rajčice, paprike i manga kako bi tolerirali toplinski stres i promjenjivu dostupnost vode.

Globalne inicijative i organizacije

Nekoliko međunarodnih organizacija i inicijativa igra ključnu ulogu u unaprjeđenju razvoja i širenja usjeva otpornih na klimatske promjene:

• CGIAR (Savjetodavna grupa za međunarodno poljoprivredno istraživanje): Centri CGIAR-a, poput Međunarodnog centra za poboljšanje kukuruza i pšenice (CIMMYT) i Međunarodnog instituta za istraživanje riže (IRRI), provode istraživačke i uzgojne programe usmjerene na razvoj usjeva otpornih na klimatske promjene za siromašne poljoprivrednike u zemljama u razvoju.
• The Global Crop Diversity Trust: Ova organizacija podržava očuvanje i dostupnost raznolikosti usjeva, što je ključno za uzgoj usjeva otpornih na klimatske promjene.
• Nacionalni poljoprivredni istraživački sustavi (NARS): NARS u raznim zemljama aktivno su uključeni u uzgoj usjeva otpornih na klimatske promjene i pružanje savjetodavnih usluga poljoprivrednicima.
• Međunarodne sjemenske tvrtke: Mnoge sjemenske tvrtke ulažu u istraživanje i razvoj usjeva otpornih na klimatske promjene, čineći ih dostupnima poljoprivrednicima diljem svijeta.

Izazovi i budući smjerovi

Iako je postignut značajan napredak, i dalje ostaju brojni izazovi:

• Složenost osobina: Otpornost na sušu i toplinu složene su osobine kontrolirane višestrukim genima, što uzgoj čini izazovnim.
• Interakcije okoliša: Performanse usjeva ovise o interakcijama između gena i okoliša, što otežava predviđanje ponašanja usjeva pod specifičnim uvjetima.
• Regulatorne prepreke: Proces regulatornog odobrenja za genetski modificirane usjeve može biti dugotrajan i skup, što može usporiti dostupnost tih usjeva.
• Pravednost i pristup: Osiguravanje pristupa usjevima otpornim na klimatske promjene malim poljoprivrednicima, posebno u zemljama u razvoju, ključno je za postizanje sigurnosti hrane.

Budući napori u istraživanju i razvoju trebali bi se usredotočiti na:

• Napredne tehnologije uzgoja: Ubrzavanje korištenja genomske selekcije, uređivanja gena i drugih naprednih tehnologija uzgoja radi ubrzanja napretka uzgoja.
• Razumijevanje interakcija biljke i okoliša: Poboljšanje našeg razumijevanja složenih interakcija između biljaka i njihovog okoliša radi boljeg predviđanja performansi usjeva.
• Razvoj strategija poljoprivrede pametne za klimu: Integriranje usjeva otpornih na klimatske promjene u šire poljoprivredne sustave koji promiču održivo upravljanje zemljištem, očuvanje vode i integriranu zaštitu od štetnika.
• Unaprjeđenje edukacije poljoprivrednika i savjetodavnih usluga: Pružanje poljoprivrednicima znanja i resursa koji su im potrebni za učinkovito usvajanje i korištenje usjeva otpornih na klimatske promjene.

Konkretni uvidi za budućnost

Kako bi se osigurao uspjeh usjeva otpornih na klimatske promjene, nekoliko je radnji ključno:

• Ulaganje u istraživanje i razvoj: Vlade i privatne organizacije moraju ulagati u istraživanje i razvoj kako bi se razvili i primijenili usjevi otporni na klimatske promjene. To uključuje financiranje programa uzgoja, podršku temeljnim istraživanjima i ulaganje u infrastrukturu i tehnologiju.
• Poticanje međunarodne suradnje: Međunarodna suradnja ključna je za razmjenu znanja, resursa i materijala za uzgoj. To uključuje podršku kolaborativnim istraživačkim projektima, olakšavanje razmjene germplazme i koordinaciju regulatornih okvira.
• Promicanje održivih poljoprivrednih praksi: Usjevi otporni na klimatske promjene najučinkovitiji su kada su integrirani u održive poljoprivredne sustave koji promiču zdravlje tla, očuvanje vode i integrirano upravljanje štetočinama.
• Podrška malim poljoprivrednicima: Pružiti malim poljoprivrednicima pristup usjevima otpornim na klimatske promjene, obuku i financijsku podršku. To uključuje osiguravanje dostupnosti sjemena i poljoprivrednih inputa te pružanje savjetodavnih usluga kako bi se poljoprivrednicima pomoglo u usvajanju najboljih praksi.
• Podizanje svijesti javnosti: Educirati javnost o važnosti usjeva otpornih na klimatske promjene i njihovoj ulozi u osiguravanju sigurnosti hrane. To uključuje podizanje svijesti o prednostima tih usjeva i razbijanje zabluda.

Zaključak

Usjevi otporni na klimatske promjene ključni su za osiguravanje globalne sigurnosti hrane u suočavanju s klimatskim promjenama. Ulaganjem u istraživanje i razvoj, poticanjem međunarodne suradnje, promicanjem održivih poljoprivrednih praksi, podržavanjem malih poljoprivrednika i podizanjem svijesti javnosti, možemo kultivirati otporniji i održiviji prehrambeni sustav za buduće generacije. Razvoj i široka primjena usjeva otpornih na sušu i toplinu nije samo poljoprivredni imperativ; to je temeljni korak prema izgradnji održivijeg i pravednijeg svijeta.