全球變暖條件下培育更高產(chǎn)作物以應對糧食危機

紐約時(shí)報發(fā)表了題為“To Feed a Hot Planet, They’re Making More Efficient Plants”的報道，該文簡(jiǎn)要介紹了Robert Furbank博士（澳大利亞國立大學(xué)、澳大利亞研究委員會(huì )轉化光合作用中心主任）及其團隊正在進(jìn)行的工作。

由于全球氣候變化的影響，諸如溫度升高、干旱加劇、風(fēng)和降雨模式改變都在威脅農業(yè)生產(chǎn)，從而使世界都在面臨逐漸逼近的糧食短缺危機。

Furbank博士和他領(lǐng)導的科研中心與相關(guān)科學(xué)家合作，瞄準了一個(gè)大膽的糧食危機解決方案：讓作物更加高效地進(jìn)行光合作用。

作物生理學(xué)家估計，如果植物光合效率提高5%，那么大部分作物的產(chǎn)量可以提高20%。

這對養活不斷增長(cháng)的人口會(huì )是一個(gè)非常大的幫助。據預測，到2050年，全球人口會(huì )從現在的75億增長(cháng)到100億，而科學(xué)家估計作物產(chǎn)量要增長(cháng)70%以上才能滿(mǎn)足需求。

回顧歷史，得益于一系列統稱(chēng)為綠色革命的農業(yè)革新，在1960-2010年間，全球糧食產(chǎn)量增長(cháng)了175%。通過(guò)培育高產(chǎn)作物、改善氮肥的使用以及改良灌溉方式，農業(yè)部門(mén)避免了世界人口快速增長(cháng)可能造成的全球性饑荒。

然而，近些年來(lái)，綠色革命的技術(shù)逐漸達到了極限，全球作物產(chǎn)量已經(jīng)止步不前。據2014年聯(lián)合國糧農組織報告，三大主要谷物，水稻、小麥和玉米的年產(chǎn)量增長(cháng)率從1960-1990年的2.19-2.95%下降到1990-2010年的0.79-1.74%。同時(shí)，現代農業(yè)的負面影響開(kāi)始顯現，比如溫室氣體排放、氮肥污染、土壤退化等。

除了保障耕種面積和維護生態(tài)環(huán)境，*的措施就是開(kāi)發(fā)利用優(yōu)良的作物品種和先進(jìn)的栽培技術(shù)。因此，在未來(lái)的數十年間，科學(xué)家需要培育作物新品種。這些新品種要應對更加嚴酷而變化莫測的環(huán)境條件，更少的資源——包括土地、水和肥料等，同時(shí)還能獲得高產(chǎn)。

為了達到這一目的，農業(yè)科學(xué)家們的科研工作需要更先進(jìn)的技術(shù)和儀器來(lái)支持：

1.植物生長(cháng)環(huán)境監測與控制，模擬各種不同的環(huán)境條件來(lái)研究植物的反應

2.作物增產(chǎn)性狀的鑒別與分析

Furbank博士使用PSI公司的植物生長(cháng)艙（Growth Capsule）對作物增產(chǎn)性狀進(jìn)行了相關(guān)研究。

Growth Capsule植物生長(cháng)艙為集裝箱式設計，方便移動(dòng)運輸，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的溫室或實(shí)驗室，可露天使用，多個(gè)單元可以拼疊在一起。每個(gè)單元可獨立調節環(huán)境條件，溫度、濕度、光照及CO₂調控并在線(xiàn)監測顯示在觸摸屏上，可以在任何地點(diǎn)、任何環(huán)境條件下進(jìn)行生態(tài)環(huán)境模擬實(shí)驗和植物培養。

同時(shí)，Furbank博士所屬的澳大利亞國立大學(xué)與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織已經(jīng)與PSI公司合作建設了多套PlantScreen植物表型成像分析系統。

PlantScreen植物表型成像分析系統集植物自動(dòng)傳送技術(shù)、智能LED光適應與培養技術(shù)、自動(dòng)澆灌稱(chēng)重技術(shù)、FluorCam葉綠素熒光成像技術(shù)、光譜成像技術(shù)（包括RGB、VISIR高光譜成像、SWIR高光譜成像、LWIR紅外熱成像等）等，以及根窗技術(shù)全自動(dòng)根系表型觀(guān)測，高通量、無(wú)損傷、全自動(dòng)實(shí)驗觀(guān)測分析植物形態(tài)結構與生理功能形狀表型，成為著(zhù)名表型組學(xué)與遺傳組學(xué)研究及遺傳育種機構的重要平臺，如德國IPK（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）、美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室（Oak Ridge National Laboratory）、荷蘭生態(tài)表型研究中心（NPEC，Wageningen University & Research，Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre）、德國BIOP（Institute of Biochemical Plant Pathology）、澳大利亞CSIRO（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation）、國際水稻研究所、杜邦先鋒國際良種公司、孟山都公司、美國合成基因公司等等。

Furbank博士已經(jīng)在澳大利亞和各地開(kāi)展了一系列不同的實(shí)驗。他說(shuō)：“我認為將會(huì )有不止一種技術(shù)解決方案，我們需要在許多戰線(xiàn)上采取一致行動(dòng)。”

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