Klimatui atsparūs pasėliai: atsparumo ugdymas kintančiame pasaulyje

Klimato kaita kelia precedento neturinčių iššūkių pasauliniam maisto saugumui. Kylanti temperatūra, pasikeitę kritulių modeliai ir dažnesni ekstremalūs orų reiškiniai, tokie kaip sausros ir karščio bangos, daro didelį poveikį pasėlių derliui ir žemės ūkio našumui visame pasaulyje. Atsakant į šiuos iššūkius, klimato kaitai atsparių pasėlių, ypač tų, kurie pasižymi atsparumu sausrai ir karščiui, kūrimas ir platus paplitimas tampa vis svarbesnis. Šis tinklaraščio įrašas nagrinėja šių pasėlių svarbą, mokslinius pasiekimus, skatinančius jų vystymą, ir pasaulines pastangas, skirtas užtikrinti tvarų maisto tiekimą ateities kartoms.

Skubus klimato kaitai atsparių pasėlių poreikis

Žemės ūkis yra ypač pažeidžiamas klimato kaitos. Vandens trūkumas, karščio stresas ir besikeičiantys auginimo sezonai kelia grėsmę pagrindinių pasėlių, tokių kaip kviečiai, ryžiai, kukurūzai ir sojos, produktyvumui. Šis pažeidžiamumas turi toli siekiančių pasekmių, įskaitant:

• Sumažėjęs pasėlių derlius: Sausros ir karščio bangos gali žymiai sumažinti pasėlių derlių, sukeldamos maisto trūkumą ir kainų svyravimus.
• Didėjantis maisto nesaugumas: Klimato kaita neproporcingai paveikia pažeidžiamas populiacijas, didindama maisto nesaugumą regionuose, kurie jau kovoja su prasta mityba.
• Ekonominis poveikis: Pasėlių derliaus nuostoliai gali nuniokoti žemės ūkio ekonomikas, paveikdami pragyvenimo šaltinius ir regiono stabilumą.
• Aplinkos degradacija: Intensyvus drėkinimas reaguojant į sausrą gali išeikvoti vandens išteklius ir prisidėti prie žemės degradacijos.

Todėl, kuriant pasėlius, kurie gali atlaikyti šiuos stresus, yra būtina, siekiant sumažinti neigiamą klimato kaitos poveikį maisto gamybai.

Sausros ir karščio tolerancijos supratimas

Atsparumas sausrai ir karščiui yra sudėtingos savybės, reguliuojamos daugelio genų. Augalai naudoja įvairius mechanizmus, kad išgyventų ir augtų šiomis stresinėmis sąlygomis:

Sausros tolerancijos mechanizmai:

• Sausros išvengimas: Kai kurie augalai užbaigia savo gyvavimo ciklą prieš prasidedant stipriai sausrai. Ši strategija dažnai apima ankstyvą žydėjimą ir greitą brendimą.
• Sausros vengimas: Šie augalai sumažina vandens praradimą. Pavyzdžiai:
• Gilios ir plačios šaknų sistemos, kad pasiektų gilesnius vandens šaltinius.
• Efektyvus vandens naudojimas, pvz., stomatų kontrolė, siekiant sumažinti transpiraciją.
• Lapų modifikacijos, pvz., storesnės kutikulės arba sumažintas lapų paviršiaus plotas, siekiant sumažinti vandens praradimą.
• Sausros tolerancija (dehidratacijos tolerancija): Šie augalai gali atlaikyti ląstelių dehidrataciją. Mechanizmai apima:
• Osmoprotektantų (pvz., prolino, glicino betaino) kaupimas, siekiant palaikyti ląstelių turgorą.
• Apsauginių baltymų (pvz., karščio šoko baltymų) gamyba, siekiant stabilizuoti ląstelių struktūras.

Karščio tolerancijos mechanizmai:

• Karščio šoko baltymai (HSP): Šie baltymai apsaugo ląstelių struktūras nuo karščio sukeltos žalos.
• Antioksidantų sistemos: Karščio stresas gali sukelti reaktyviųjų deguonies formų (ROS) gamybą, kurios pažeidžia ląsteles. Antioksidantiniai fermentai ir junginiai neutralizuoja šias kenksmingas molekules.
• Membranos stabilumas: Membranos vientisumo palaikymas aukštoje temperatūroje yra labai svarbus. Augalai su stabilesniais membranos lipidais pasižymi didesniu atsparumu karščiui.

Veisimo strategijos, skirtos atsparumui klimatui

Klimatui atsparių pasėlių kūrimas apima tradicinių veisimo metodų ir pažangių technologijų derinį:

Tradicinis veisimas:

Tai apima augalų su pageidaujamomis savybėmis atranką ir kryžminimą per kelias kartas. Pagrindiniai žingsniai:

• Fenotipavimas: Augalų atsparumo sausrai ir karščiui įvertinimas kontroliuojamomis arba lauko sąlygomis. Tai gali apimti tokių savybių, kaip derlius esant stresui, vandens naudojimo efektyvumas ir lapų temperatūra, matavimą.
• Atranka: Augalų, pasižyminčių geresniu našumu stresinėmis sąlygomis, nustatymas ir atranka.
• Kryžminimas: Atrinktų augalų kryžminimas, siekiant sujungti pageidaujamas savybes.
• Atgalinis kryžminimas: Palikuonių kryžminimas su tėviniu augalu, siekiant patobulinti konkrečias savybes.

Šiuolaikinės veisimo technologijos:

Pažangios technologijos spartina klimato kaitai atsparių pasėlių kūrimą:

• Žymekliais pagrįsta atranka (MAS): Šis metodas naudoja DNR žymeklius, susijusius su pageidaujamais genais, kad efektyviau identifikuotų augalus su šiais genais.
• Genominė atranka (GS): GS naudoja genominius duomenis, kad prognozuotų veisimo linijų našumą. Tai pagerina atrankos tikslumą ir efektyvumą.
• Genų inžinerija (GE): GE apima tiesioginį augalų genų modifikavimą, siekiant pagerinti savybes. Pavyzdžiai apima genų, atsakingų už atsparumą sausrai ar karščiui, įvedimą iš kitų organizmų.
• Genomo redagavimas: Tokios technologijos kaip CRISPR-Cas9 leidžia tiksliai modifikuoti augalų genus efektyviau ir tiksliau nei tradicinė genų inžinerija.

Klimato kaitai atsparių pasėlių pavyzdžiai praktikoje

Daugybė iniciatyvų visame pasaulyje kuria ir diegia klimato kaitai atsparius pasėlius:

Sausrai atsparūs kukurūzai

Mokslininkai ir veisėjai pasiekė didelę pažangą kurdami sausrai atsparias kukurūzų veisles. Pavyzdžiui, kelios sėklų įmonės siūlo sausrai atsparius kukurūzų hibridus, kurie gali išlaikyti priimtiną derlių net esant vandens trūkumui. Šios veislės ypač svarbios tokiuose regionuose kaip Užsachario Afrika, kur kukurūzai yra pagrindinis maisto augalas, o vandens trūkumas – didelis iššūkis.

Karščiui atsparūs ryžiai

Ryžiai yra gyvybiškai svarbus maisto šaltinis milijardams žmonių. Atsparių karščiui ryžių veislių kūrimas yra būtinas norint užtikrinti derlių kylant temperatūrai. Mokslininkai nustato ir įveda karščio tolerancijos genus į ryžių kultivarus. Pavyzdžiui, IRRI (Tarptautinis ryžių tyrimų institutas) ir nacionalinės žemės ūkio tyrimų sistemos dirba su karščiui atspariomis ryžių veislėmis, tinkamomis skirtingoms auginimo aplinkoms, įskaitant Pietų Aziją ir Pietryčių Aziją. Šių veislių kūrimas ir platinimas labai padeda regionuose, kur ryžių auginimas yra itin svarbus.

Sausrai atsparūs kviečiai

Kviečiai yra dar viena svarbi javų kultūra, pažeidžiama sausros. Veisimo programos sutelkia dėmesį į kviečių veislių, galinčių atlaikyti vandens trūkumą, kūrimą. Šios pastangos apima kviečių vietinių veislių, turinčių puikių sausros tolerancijos savybių, nustatymą ir žymekliais pagrįstos atrankos naudojimą, siekiant pagreitinti veisimo procesą. Veislės su padidėjusiu šaknų gyliu ir efektyviu vandens naudojimu diegiamos ypač tokiuose regionuose kaip Australija, Jungtinės Valstijos ir Indija, kur kviečių gamyba susiduria su dideliu vandens trūkumu.

Kiti pasėliai

Be kukurūzų, ryžių ir kviečių, vyksta nuolatinės pastangos kurti klimato kaitai atsparias kitų svarbių pasėlių veisles, įskaitant:

• Ankštiniai augalai (pupos, lęšiai, avinžirniai): Kuriami sausrai atsparūs ankštiniai augalai, siekiant pagerinti maisto saugumą ir užtikrinti azoto fiksavimo šaltinį tvariose žemės ūkio sistemose, ypač sausringo klimato regionuose.
• Sorgas ir soros: Šie pasėliai iš prigimties yra atsparesni sausrai nei daugelis kitų ir toliau tobulinami per veisimo programas, užtikrinant gyvybiškai svarbius maisto šaltinius sausringuose ir pusiau sausringuose Afrikos ir Azijos regionuose.
• Daržovės ir vaisiai: Veisimo programos dirba siekdamos padidinti daržovių ir vaisių, tokių kaip pomidorai, pipirai ir mangai, atsparumą karščio stresui ir kintančiam vandens prieinamumui.

Pasaulinės iniciatyvos ir organizacijos

Keletas tarptautinių organizacijų ir iniciatyvų vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį skatinant klimato kaitai atsparių pasėlių kūrimą ir platinimą:

• CGIAR (Tarptautinių žemės ūkio tyrimų konsultacinė grupė): CGIAR centrai, tokie kaip Tarptautinis kukurūzų ir kviečių gerinimo centras (CIMMYT) ir Tarptautinis ryžių tyrimų institutas (IRRI), vykdo tyrimus ir veisimo programas, skirtas kurti klimatui atsparius pasėlius skurdiems ūkininkams besivystančiose šalyse.
• Pasaulinis pasėlių įvairovės fondas: Ši organizacija remia pasėlių įvairovės išsaugojimą ir prieinamumą, o tai yra būtina veisiant klimatui atsparius pasėlius.
• Nacionalinės žemės ūkio tyrimų sistemos (NARS): NARS įvairiose šalyse aktyviai dalyvauja veisiant klimatui atsparius pasėlius ir teikiant konsultavimo paslaugas ūkininkams.
• Tarptautinės sėklų įmonės: Daugelis sėklų įmonių investuoja į klimato kaitai atsparių pasėlių tyrimus ir plėtrą, padarydamos juos prieinamus ūkininkams visame pasaulyje.

Iššūkiai ir ateities kryptys

Nors pasiekta didelė pažanga, išlieka keletas iššūkių:

• Savybių sudėtingumas: Atsparumas sausrai ir karščiui yra sudėtingos savybės, kontroliuojamos daugelio genų, todėl veisimas yra sudėtingas.
• Sąveika su aplinka: Pasėlių našumą veikia genų ir aplinkos sąveika, todėl sunku prognozuoti pasėlių elgesį konkrečiomis sąlygomis.
• Reguliavimo kliūtys: Genetiškai modifikuotų pasėlių reguliavimo patvirtinimo procesas gali būti ilgas ir brangus, o tai gali sulėtinti šių pasėlių prieinamumą.
• Teisingumas ir prieiga: Užtikrinant, kad klimato kaitai atsparūs pasėliai būtų prieinami smulkiesiems ūkininkams, ypač besivystančiose šalyse, yra labai svarbu siekiant maisto saugumo.

Ateities tyrimų ir plėtros pastangos turėtų būti nukreiptos į:

• Pažangios veisimo technologijos: Spartinant genominės atrankos, genų redagavimo ir kitų pažangių veisimo technologijų naudojimą, siekiant pagreitinti veisimo pažangą.
• Augalų ir aplinkos sąveikos supratimas: Gerinant mūsų supratimą apie sudėtingą augalų ir jų aplinkos sąveiką, siekiant geriau prognozuoti pasėlių našumą.
• Klimatui išmanios žemės ūkio strategijos kūrimas: Klimato kaitai atsparių pasėlių integravimas į platesnes žemės ūkio sistemas, skatinančias tvarų žemės naudojimą, vandens taupymą ir integruotą kenkėjų valdymą.
• Ūkininkų švietimo ir konsultavimo paslaugų gerinimas: Suteikiant ūkininkams žinių ir išteklių, kurių jiems reikia norint efektyviai pritaikyti ir naudoti klimato kaitai atsparius pasėlius.

Veiksmingos įžvalgos ateičiai

Siekiant užtikrinti klimato kaitai atsparių pasėlių sėkmę, yra būtini keli veiksmai:

• Investuoti į tyrimus ir plėtrą: Vyriausybės ir privačios organizacijos turi investuoti į tyrimus ir plėtrą, siekdamos kurti ir diegti klimato kaitai atsparius pasėlius. Tai apima veisimo programų finansavimą, pagrindinių tyrimų palaikymą ir investicijas į infrastruktūrą bei technologijas.
• Skatinti tarptautinį bendradarbiavimą: Tarptautinis bendradarbiavimas yra būtinas dalijantis žiniomis, ištekliais ir veisimo medžiaga. Tai apima bendradarbiavimo tyrimų projektų palaikymą, gemalo plazmos mainų palengvinimą ir reguliavimo sistemų koordinavimą.
• Skatinti tvarias žemės ūkio praktikas: Klimato kaitai atsparūs pasėliai yra efektyviausi, kai integruojami į tvarias žemės ūkio sistemas, skatinančias dirvožemio sveikatą, vandens taupymą ir integruotą kenkėjų valdymą.
• Remti smulkiuosius ūkininkus: Suteikti smulkiesiems ūkininkams prieigą prie klimato kaitai atsparių pasėlių, mokymų ir finansinės paramos. Tai apima sėklų ir žemės ūkio žaliavų prieinamumo užtikrinimą ir konsultavimo paslaugų teikimą, siekiant padėti ūkininkams įsisavinti geriausią praktiką.
• Didinti visuomenės sąmoningumą: Šviesti visuomenę apie klimato kaitai atsparių pasėlių svarbą ir jų vaidmenį užtikrinant maisto saugumą. Tai apima informacijos apie šių pasėlių naudą didinimą ir klaidingų nuomonių paneigimą.

Išvada

Klimato kaitai atsparūs pasėliai yra būtini norint užtikrinti pasaulinį maisto saugumą klimato kaitos akivaizdoje. Investuodami į tyrimus ir plėtrą, skatindami tarptautinį bendradarbiavimą, propaguodami tvarią žemės ūkio praktiką, remdami smulkiuosius ūkininkus ir didindami visuomenės sąmoningumą, galime sukurti atsparesnę ir tvaresnę maisto sistemą ateities kartoms. Sausrai ir karščiui atsparių pasėlių kūrimas ir platus paplitimas yra ne tik žemės ūkio būtinybė; tai yra esminis žingsnis siekiant sukurti tvaresnį ir teisingesnį pasaulį.