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科學家借助核技術開發(fā)新的“耐氣候”作物

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“Guillemar”耐熱性水稻促進古巴的糧食安全。(照片:F. Sarsu/原子能機構)

目前正在推廣新的水稻和青豆植物,幫助農(nóng)民在氣候變化導致氣溫升高的情況下更多地生產(chǎn)這些主要食物。這些新的“耐氣候”作物品種系在一個五年期項目下開發(fā),旨在幫助各國增強糧食安全和適應不斷變化的氣候條件。該項目具體地改良了易干旱地區(qū)水稻和豆類植物的耐高溫能力。

“氣候變化迫使食品生產(chǎn)者和農(nóng)民改變其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,”古巴國家農(nóng)業(yè)科學研究所科學家María Caridad González Cepero說。“諸如這些‘耐氣候’水稻和豆類植物等新的植物品種為適應氣候變化的一些不利影響提供了一種可持續(xù)方案,對于確保當今和未來糧食安全非常重要。”

氣候變化的主要后果之一是全球氣溫的極端波動。氣溫升高對植物生長發(fā)育和產(chǎn)量有著直接的破壞性影響。在世界各地許多農(nóng)產(chǎn)區(qū),極端溫度正在傷害植物,包括全球數(shù)百萬人飲食中必不可少的水稻和青豆(亦稱普通菜豆)等主食作物。

為了協(xié)助保護基于作物的糧食來源,原子能機構的一個植物育種學家、植物生理學家、農(nóng)學家和植物生物技術學家及專家小組與聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(糧農(nóng)組織)合作,通過原子能機構的一個五年期協(xié)調(diào)研究項目協(xié)作開發(fā)新的“耐氣候”作物品種。

這個團隊首先研究水稻和普通菜豆植物對正常氣候條件和異常氣候條件(即一些作物通常不適應的任何氣候條件)的反應,并識別與耐熱性和高產(chǎn)有關的基因。然后,他們根據(jù)這些信息,以具備所期望特性的植物為目標,利用輻照技術加速植物的自然突變過程來培育這些特性。這種育種過程增加了植物特性的多樣性,使科學家能夠更快地試驗和選擇具有所期望特征的植物。結果便培育了一系列比當?shù)仄贩N更耐高溫條件、更高產(chǎn)的“耐氣候”水稻和普通菜豆植物。

這些水稻新品種之一稱為“Guillemar”,耐受干旱,目前正在古巴種植,將作物產(chǎn)量提高了10%。印度、巴基斯坦、菲律賓、坦桑尼亞和塞內(nèi)加爾等其他國家也在準備推出適應各國溫度條件的高產(chǎn)水稻新品種,同時哥倫比亞和古巴的專家已成功開發(fā)耐熱、高產(chǎn)的普通菜豆和花菜豆植物新品種,希望在2020-2021年前向農(nóng)民發(fā)放。

糧食增產(chǎn)、知識增長

開發(fā)新的植物品種可以幫助農(nóng)民生產(chǎn)更多糧食,適應氣候變化,而這些品種也有助于科學家更多地了解氣候變化如何影響植物以及改進和完善植物育種過程的途徑。

在這個五年期項目過程中,該團隊創(chuàng)立了篩選植物生理、遺傳和分子成分的方法,以及準確評估植物基因組成以識別、選擇和培育具有所期望特性的植物的方法。

例如,對前期篩選技術進行了改進,幫助植物育種人員在溫室或栽培室等受控條件下加快對植物品種的評價。這種方法使他們得以有效地將進行進一步田間試驗的植物數(shù)量從幾千種減少到不到100種。通過削減有關選項,還可以將研發(fā)時間從大約3-5年縮短至1年,這意味著新的植物品種可以更快地到達農(nóng)民手中,幫助他們提前防備氣候變化和預防糧食不安全狀況。

目前,該團隊的許多方法和技術均可供其他研究人員用于進一步研究。這些方法和技術的提供途徑有原子能機構與其他科學家小組的協(xié)調(diào)研究和技術合作項目以及40多本出版物,其中包括最近出版的關于 水稻耐熱性突變體前期篩選方案的開放獲取指南。

“氣候變化已被確定為地球面臨的重大挑戰(zhàn)之一,作物對氣候變化的適應力對于確保糧食安全和營養(yǎng)安全至關重要,”原子能機構科學家、該項目牽頭官員Fatma Sarsu說?!坝芍参镉N學家、生理學家和分子生物學家參與的跨學科研究是開發(fā)適應干旱和高溫等極端環(huán)境的新品種的關鍵。通過開發(fā)這些水稻和豆類品種,我們的合作研究正朝著解決作物適應氣候變化問題邁出重要一步。”

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