مسابقه با زمان برای پرورش گندم برای زنده ماندن از بحران آب و هوا | کشاورزی

آ ده‌ها کارگر مزرعه‌ای که روی چهارپایه‌های چوبی نشسته‌اند، خوشه‌های گندم را با قیچی ناخن و موچین به دقت از بین می‌برند – اولین گام در یک فرآیند چند ساله پرورش برای توسعه انواع مقاوم در برابر آب و هوا.

اواخر بعدازظهر است، و مزرعه‌داران در حالی که در مزرعه‌ای آزمایشی گندم در شمال مکزیک کار می‌کنند، زیر سایه کلاه‌های آفتابی لبه‌دار قرار گرفته‌اند و گل‌های گندم را برای گرده افشانی متقاطع ظرف چند روز آماده می‌کنند. برای هر گرده افشانی، هر دو والد گندم توسط دانشمندان زراعی برای صفات مطلوبی مانند مقاومت در برابر قارچ، کارایی فتوسنتز و عملکرد انتخاب شده اند.

صحنه آرامی است، اما با افزایش نگرانی ها مبنی بر اینکه سیستم غذایی ما برای بحران آب و هوا آماده نیست، ریسک ها هر سال افزایش می یابد.

دانشمندان مرکز بین‌المللی بهبود ذرت و گندم (CIMMYT) در سونورا بر روی توسعه گونه‌های گندم متمرکز شده‌اند که می‌توانند بهتر با خشکسالی، افزایش دما و بارندگی بیش از حد مقابله کنند. به عبارت دیگر، گندمی که می تواند تحت شرایط آب و هوایی شدید و غیرقابل پیش بینی که کشاورزان در سطح جهان به دلیل گرم شدن سریع سیاره زمین تجربه می کنند، رشد کند.

لئو کرسپو، پرورش دهنده، در حین بررسی واریته های جدیدی که زمستان گذشته در کرت های کوچک تقسیم شده به دقت کاشته شده بودند، گفت: “ما در تلاش هستیم تا از تغییرات آب و هوایی جلوتر بمانیم و همه چیز را به کشاورزان بدهیم.” برخی از آنها بلند و سبز با برگ های باز هستند، در حالی که برخی دیگر خشک و کوفته هستند.

تنوع برای پرورش انعطاف‌پذیری و سازگاری بسیار مهم است، به همین دلیل است که دانشمندان به سراغ گونه‌های گندم وحشی و فراموش شده از سراسر جهان می‌روند تا به دنبال آن‌هایی باشند که دارای ویژگی‌های مقاوم به دما و خشکی مانند ریشه‌های عمیق، برگ‌های مومی شکل و هورمون‌های استرس هستند.

محقق در مزارع آزمایشی گندم

اما این یک مسابقه پیچیده و بی پایان با زمان است، زیرا گرمای جهانی باعث ایجاد بلایای آب و هوایی و ظهور پاتوژن های جدید، سازگار یا تهاجمی تر می شود.

“پرورش یک فرآیند مداوم است. کرسپو، 39 ساله، گفت: ما باید با پرورش انواعی که در برابر طیف وسیعی از بیماری‌ها مقاوم هستند و حتی اگر خشکسالی یا موج گرما وجود داشته باشد، گرگ تکاملی را از خانه دور نگه داریم.

گندم پرمصرف ترین غله در سطح جهان است که یک پنجم کربوهیدرات و پروتئین دریافتی ما را به خود اختصاص می دهد و در هر قاره مسکونی برای تهیه نان، چاپاتیس، ماکارونی، کوسکوس، رشته فرنگی و شیرینی که توسط میلیاردها نفر مصرف می شود، پرورش می یابد. گندمی که امروزه می خوریم را می توان به علف های وحشی اهلی شده توسط کشاورزان دوره نوسنگی در غرب آسیا و شمال آفریقا که نسبتاً اخیراً با مهاجران اسپانیایی به مکزیک آمده اند، ردیابی کرد.

گندم در آب و هوای معتدل بهترین عملکرد را دارد، اما مهم نیست که انسان‌ها در کجا بذر گرفته‌اند، گندم با اکوسیستم محلی سازگار شده و در طول نسل‌ها تکامل می‌یابد، زیرا هر گونه یا نژاد بومی ویژگی‌های خوب و بد را ایجاد می‌کند.

تنوع یک هنجار بود، و قبل از جنگ جهانی دوم، هزاران نژاد بومی در سرتاسر جهان، اغلب در کنار سایر محصولات کشت می‌شدند – که تا حدی جوامع را از بلایای زیست‌محیطی مانند همه‌گیری بیماری‌ها و آب و هوای شدید محافظت می‌کرد. اما بازده اغلب پایین بود، زیرا بسیاری از گندم‌ها بلند و انبوه بودند و خیلی زود برداشت می‌شدند وگرنه در شرایط باد می‌افتند.

تولید جهانی گندم پس از انقلاب سبز در اواسط قرن بیستم، پس از آن که نورمن بورلاگ، آسیب شناس گیاهی آمریکایی که توسط بنیاد راکفلر به مکزیک اعزام شده بود، از یک ژن نیمه کوتوله از یک گندم ژاپنی برای ایجاد گونه های ساقه کوتاه تری استفاده کرد که در هنگام پرورش با کود، سه برابر شد. و آب بازدهی فراتر از رویاهای هر کسی را بهبود بخشید.

این تولد کشاورزی صنعتی استخراجی بود و اکتشافات بورلاگ در مکزیک روش کشت گندم، برنج و بسیاری از محصولات دیگر را در جهان تغییر داد.

یکنواختی، استانداردسازی و فناوری‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی به استاندارد طلا تبدیل شد و با کاهش سوء تغذیه، بورلاگ جایزه صلح نوبل را دریافت کرد. اما از دست دادن تنوع در محصولات، اکوسیستم ها و شیوه های سنتی پایدار هزینه های زیست محیطی و انسانی زیادی را به همراه داشت. و اکنون بحران آب و هوا ما را وادار به پرداخت می کند.

پس از انقلاب سبز، تمرکز بر پرورش متخصصان مقاوم در برابر بیماری‌های با محصول بالا برای مناطق مختلف بود، اما این گونه‌های بزرگ برای مقابله با شرایط آب و هوایی غیرقابل پیش‌بینی پرورش داده نشدند. متیو رینولدز، رئیس بخش فیزیولوژی در برنامه گندم CIMMYT (که بورلاگ تا زمان بازنشستگی خود رهبری می کرد، گفت: اکنون ما به کلی گراها نیاز داریم، و تنوع کافی برای مقابله با رویدادهای آب و هوایی غیرقابل پیش بینی وجود دارد – ما فقط باید آن را پیدا کنیم و از آن بهره برداری کنیم، اما تامین مالی یک مسئله است.” در سال 1979).

CIMMYT یک سازمان تحقیقاتی بین‌المللی است که گونه‌های جدید ذرت و گندم را به عنوان «کالاهای عمومی بین‌المللی» برای برنامه‌های غذایی ملی و بخش خصوصی توسعه می‌دهد. بودجه آن بیشتر از سوی سازمان ها و بنیادهای توسعه دولتی مانند بیل و ملیندا گیتس و موسسه بهداشت کارلوس اسلیم، اما با مقداری پول و نفوذ مستقیم و غیرمستقیم بخش خصوصی تامین می شود.

کاهش عملکرد محصول

گرافیک کاهش عملکرد محصول

دفتر مرکزی آن در Texcoco، شهری زیبا در خارج از مکزیکو سیتی است، اما آزمایشگاه‌های صحرایی بین تولوکای گرم و مرطوب در مرکز مکزیک و دره نیمه‌خشک Yaqui در Obregón، سونورا، جایی که بنای تاریخی مسی با ابهت بورلاگ بر فراز تحقیقات برجستگی تقسیم شده است. مرکز

در مزارع اطراف، لاین‌های جدید گندم در این فصل تحت عوامل استرس‌زای غیرزیستی یا محیطی کنترل‌شده رشد می‌کنند تا تغییرات آب و هوایی واقعی مانند دماهای بالاتر، خشکسالی و بارندگی بیش از حد را تقلید کنند. بر اساس یک مطالعه، خشکسالی طولانی مدت می تواند 60 درصد از مناطق کشت گندم را تا پایان قرن تحت تاثیر قرار دهد.

هدف نهایی ایجاد انواعی است که بتوانند با شرایط غیرقابل پیش‌بینی سازگار شوند و در شرایط غیرقابل پیش‌بینی رشد کنند، بدون اینکه قارچ‌کش‌های گران‌قیمت و مخرب زیست‌محیطی که دانه‌های تجاری به آن نیاز دارند، رشد کنند.

این یک فرآیند پر زحمت و بی پایان است.

هر ساله 5000 لاین یا واریته تازه پرورش یافته بین نوامبر تا آوریل در چهار محیط مختلف: خشکسالی شدید و متوسط، گرمای اواخر فصل و شرایط بهینه آزمایش می شوند. آنها به طور همزمان در کنیا برای زنگ ساقه، یک بیماری قارچی و تهدید جدی برای گندم آزمایش می شوند.

گرافیکی

در پایان فصل، برخی از گندم‌های با بهترین عملکرد به‌عنوان والدین برای نسل بعدی تلاقی‌ها انتخاب می‌شوند، در حالی که برخی دیگر به تولوکا برده می‌شوند تا حساسیت آنها به بیماری‌های دیگر ارزیابی شود. (ترکیب روی و پروتئین – که مصرف نهایی غلات را تعیین می کند – نیز اندازه گیری می شود.)

در پایان، حدود 1000 نفر به سال دوم می‌رسند، یعنی زمانی که دو شرط آزمون دیگر اضافه می‌شود، و به همین ترتیب تا سال پنجم ادامه می‌یابد، زمانی که بهترین عملکردها به حدود 100 کشور فرستاده می‌شوند تا در مهدکودک‌هایشان رشد کنند و آزمایش کنند. این بسیار مهم است، زیرا گندم در حدود 220 متر هکتار در سراسر جهان، از شرایط گرم و مرطوب در بنگلادش گرفته تا گرمای خشک نیجریه و کوه های سرد ترکیه، کشت می شود.

پس از شش سال، این برنامه با حدود 50 رقم جدید گندم خاتمه می یابد که کشورها می توانند قبل از عرضه به کشاورزان خود، آنها را گرفته و آزمایش کنند. هدف این است که چرخه پرورش به چهار سال کوتاه شود تا به کشاورزان با منابع کم کمک شود تا بهتر با تغییرات سریع آب و هوا و تهدیدات بیماری های نوظهور مقابله کنند.

بخش خصوصی و دولتی در این مورد با هم نیستند. لوئیجی گوارینو، مدیر علوم در Crop Trust، گفت: هیچ کس با فروش بذر گندم مقاوم به خشکی در آفریقا ثروتمند نمی شود، بنابراین ما به برنامه های عمومی برای توسعه بذرهای متنوع و دسترسی به کشاورزان کوچکی نیاز داریم که توسط شرکت های تجاری بذر به آنها خدمات ارائه نمی دهند.

حدود 70 درصد از گندم جهان را می‌توان به دانه‌های تولید شده در اینجا ردیابی کرد، با این حال، تنها چهار شرکت فراملیتی کشاورزی 60 درصد از بازار جهانی بذر را در اختیار دارند. چهار گروه بزرگ بر عملکرد تمرکز می‌کنند و بیشتر قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌های جهان را تولید می‌کنند که باعث تخریب محیط‌زیست و کاهش تنوع زیستی می‌شوند و مزارع را در برابر شوک‌های تغییرات آب و هوایی آسیب‌پذیرتر می‌کنند.

مشخص نیست که چه تعداد از گونه های گندم با ویژگی های مفید مقاوم به آب و هوا و بیماری ها در نتیجه صنعتی شدن سیستم غذایی ما از بین رفته است، اما حدود 800000 بذر گندم منحصر به فرد در بانک های ژن در سطح جهان ذخیره شده است که نزدیک به یک چهارم آن در بانک های ژنی ذخیره شده است. CIMMYT. این مجموعه شامل اجداد علفزار وحشی، نژادهای بومی و گونه های منسوخ شده است که حساسیت به بیماری ایجاد کرده اند، اما ممکن است حاوی صفات مفیدی مانند ریشه های عمیق باشد که در یافتن آب در طول خشکسالی خوب است، یا توانایی به تاخیر انداختن پیری زودرس ناشی از استرس، که بر فتوسنتز تأثیر می گذارد.

حدود یک سوم از مجموعه بذر CIMMYT تحت اثر انگشت ژنتیکی قرار گرفته است، که به فیزیولوژیست ها اجازه می دهد تا تشخیص دهند کدام تنوع ناشناخته قبلی ممکن است مفید باشد. پس از آزمایش در مزارع، گونه های امیدوارکننده در خط لوله تولیدمثل قرار می گیرند و برخی از آنها در نهایت به سرعت در سراسر جهان به عنوان بخشی از یک پروژه بزرگتر تغییر آب و هوا آزمایش می شوند.

اما برای تولید دانه‌های جدیدی که می‌توانند با سیاره‌ای که به سرعت در حال گرم شدن است سازگار شوند، دانشمندان باید بفهمند که در شب چه اتفاقی می‌افتد – منطقه‌ای که تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است.

رمز و راز شبانه

مطالعه‌ای در سال 2007 نشان داد که به ازای هر افزایش 1 درجه سانتی‌گراد در دمای شبانه، 6 درصد کاهش در عملکرد گندم وجود دارد که کاهش شدیدتر از روزهای گرم‌تر است. بحران آب و هوا باعث می شود دمای روز رکوردشکنی کند، اما دمای شبانه به طور قابل توجهی سریعتر افزایش می یابد.

لورنا مک‌آسلند، فیزیولوژیست گندم در دانشگاه ناتینگهام که با CIMMYT همکاری می‌کند، گفت: این یک فاجعه بالقوه است و درک واکنش‌های شبانه گیاه به دما را برای محققان، پرورش دهندگان و کشاورزان بسیار مهم می‌کند.

در یک زمینه، بخاری‌ها بر روی قطعه‌های میکرو نصب می‌شوند که هشت گونه محبوب یا نخبه را رشد می‌دهند تا بهتر درک کنند که دمای شبانه بالاتر چگونه عملکرد را کاهش می‌دهد.

پهپادها تصاویر حرارتی می گیرند که به دانشمندان در زمین کمک می کند مواردی مانند دمای تاج پوشش و از دست دادن آب یا تعرق – سیستم تهویه هوای داخلی گیاه را اندازه گیری کنند. مدت‌ها تصور می‌شد که گیاهان در شب استراحت می‌کنند و آب را برای فتوسنتز و انتقال مواد مغذی حفظ می‌کنند. اگر تهویه مطبوع در شب به منظور خنک نگه داشتن بیش از حد کار کند، ممکن است گیاه با کمبود آب مواجه شود، خشک شود و رشدش متوقف شود یا بمیرد.

نتایج اولیه نشان داد که برخی از گونه‌ها آب بیشتری نسبت به سایرین از دست می‌دهند، بنابراین اکنون محققان باید ژنتیک را برای کمک به پرورش‌دهندگان برای بهبود تحمل گرمای شبانه در دانه‌های آینده بررسی کنند. هدف پیشی گرفتن از گرمایش جهانی ساخته دست بشر و پرورش گونه های مقاوم در برابر آب و هوا است تا طبق بدترین سناریوها، بازده از بین نرود.

رینولدز گفت: «تحقیق دمای شبانه مرز جدید است.

آگرواکولوژیست ها، کشاورزان احیا کننده و دیگران می گویند که تنوع در مزارع کشاورزان – کرت هایی با محصولات مختلف و گونه های متنوع – برای ایجاد انعطاف پذیری آب و هوا و به حداقل رساندن ردپای اکولوژیکی کشاورزی بسیار مهم است.

با این حال، با توجه به یکنواختی مزارع گندم تجاری، تنوع در این کرت های آزمایشی قابل توجه است. کرسپو گفت: “تنوع در پرورش ضروری است، اما همه تنوع خوب نیستند، و این چالش است.”