Forskere:Der kommer varme til vores afgrøder – vi skal gøre dem klar

Australiens vitale landbrugssektor vil blive hårdt ramt af støt stigende globale temperaturer. Vores klima er allerede udsat for tørke og oversvømmelser. Klimaændringer forventes at overlade dette, hvilket forårsager pludselige hurtigtørker, skiftende nedbørsmønstre og intense oversvømmelser. Gårdens overskud faldt med 23 % i de 20 år frem til 2020, og tendensen forventes at fortsætte.

Ukontrolleret vil klimaændringer gøre det sværere at producere fødevarer i stor skala. Vi får over 40 % af vores kalorier fra kun tre planter:hvede, ris og majs. Klimaændringer udgør meget reelle risici for disse planter, og nyere forskning tyder på potentialet for synkroniserede afgrødesvigt.

Selvom vi længe har ændret vores afgrøder for at afvise skadedyr eller øge udbyttet, er der indtil nu ingen kommerciel afgrøde blevet designet til at tåle varme. Vi arbejder på dette problem ved at forsøge at gøre sojabønneplanter i stand til at tåle det ekstreme vejr i en varmere verden.

Hvilken trussel udgør klimaændringer for vores fødevarer?

Inden 2050 skal fødevareproduktionen stige med 60 % for at brødføde de 9,8 milliarder mennesker, der forventes at være på planeten, ifølge skøn fra FN's Fødevare- og Landbrugsorganisation.

Hver 1°C stigning i temperaturen i høstsæsonen er forbundet med et fald på 10 % i risudbyttet. En temperaturstigning på 1°C kan føre til et fald på 6,4 % i hvedeudbyttet på verdensplan. Det er, som om vi tog en stor afgrødeeksportør som Ukraine (6 % af de handlede afgrøder før krigen) ud af ligningen.

Planter kan i modsætning til dyr ikke søge tilflugt fra varme. Den eneste løsning er at gøre dem bedre i stand til at tolerere det, der kommer.

Disse begivenheder ankommer allerede. I april 2022 mistede landmænd i Indiens Punjab-stat over halvdelen af ​​deres hvedehøst på grund af en brændende hedebølge. Denne måned er brændende temperaturer i Sydøstasien vilde afgrøder.

Hvad sker der med planter, når de står over for ekstrem varme?

Planter bruger fotosyntese til at omdanne sollys og kuldioxid til sukkerholdig mad. Når det er for varmt, bliver denne proces sværere.

Mere varme tvinger planterne til at fordampe vand for at afkøle sig selv. Hvis en plante mister for meget vand, visner bladene, og dens vækst går i stå. En plantes solpaneler - bladene - kan ikke fange sollys, når de er visne. Intet vand, ingen energi til at lave den frugt eller korn, vi gerne vil spise. Når lufttemperaturen når 50°C, lukker fotosyntesen ned.

Varmere temperaturer kan gøre det sværere for planter at producere pollen og frø og kan få det til at blomstre tidligere. Varme svækker en plante og efterlader den mere sårbar over for skadedyr og sygdomme.

Vores frøafgrøder - fra ris til hvede til sojabønner - er afhængige af seksuel reproduktion. Planterne skal befrugtes (for eksempel bestøves af bier og fluer) for at give et godt udbytte.

Hvis en hedebølge rammer i gødningsperioden, får planterne sværere ved at sætte deres frø, og landmandens udbytte falder. Hvad værre er, høje temperaturer forårsager sterilt pollen, hvilket reducerer antallet af frø, en plante kan producere. Bestøvere som bier har også svært ved at tilpasse sig varmen.

Forberedelse af vores afgrøder

For at give vores afgrøder den bedste chance, bliver vi nødt til at bruge genetiske modifikationsteknikker. Selvom disse ofte har været kontroversielle, er de vores bedste mulighed for at reagere på truslen.

Årsagen er, at genetisk modifikation giver os mere præcis kontrol over en plantes genom end den traditionelle metode til at avle for specifikke egenskaber. Det er også meget hurtigere, da vi kan isolere gener fra en organisme og overføre den til en anden uden seksuel reproduktion. Så selvom vi ikke kan krydse solsikker med hvede ved brug af seksuel reproduktion, kan vi tage solsikkegener og overføre dem til hvede.

I årtier har vi været afhængige af genetisk modificerede versioner af nogle af vores vigtigste fødevare- og fiberafgrøder. Næsten 80 % af sojabønner på verdensplan er blevet genetisk modificeret for at øge udbyttet og gøre dem mere nærende. Genmodificeret raps tegner sig for mere end 90% af produktionen i Canada og USA, mens omkring 20% ​​af den raps, der dyrkes i Australien, er genetisk modificeret. Men indtil nu har vi ikke haft nogen kommercielt anvendte afgrøder, der er modificeret til at modstå varme.

En måde at gøre dette på er at søge efter varmetolerante planter og overføre deres dygtighed til vores afgrøder. Nogle planter er bemærkelsesværdigt varmetolerante, såsom den levende fossil welwitschia mirabilis, som kan overleve i den namibiske ørken med næsten ingen nedbør.

Varmechok og varmesensorer

Planteceller besidder varmechokproteiner, ligesom vores gør. Disse hjælper planter med at overleve varme ved at beskytte proteinfoldningsprocessen i andre proteiner. Hvis varmechokproteiner ikke var der, ville vitale proteiner udfolde sig i stedet for at foldes til den rigtige form til jobbet.

Vi kan forsøge at styrke, hvordan disse eksisterende varmechokproteiner fungerer, så cellerne kan fortsætte med at fungere under varmere forhold.

Vi kan også justere opførselen af ​​gener, der fungerer som varmesensorer. Disse gener fungerer som hovedafbrydere, der kontrollerer en celles reaktion på varme ved at tilkalde beskyttende varmechokproteiner og antioxidanter.

I vores laboratorium har vi modificeret sojabønneplanter ved at styrke disse varmefølende master switch-gener. Sojaplanter, der udtrykte højere niveauer af dette gen, havde betydelige stigninger i beskyttelse. Under korte, intense varmebølgeforhold visnede disse modificerede planter mindre, producerede mere levedygtigt pollen, havde færre strukturelle deformiteter og havde bedre udbytter under varmestressforhold.

Hvad med hvede?

Selvom vi har vænnet os til genetisk modificerede sojabønner, er vi endnu ikke kommet overens med behovet for at ændre hvede – den vigtigste enkeltafgrøde.

Hedebølger udgør et lignende problem for hvede, men samfundets accept er der ikke. Tilbageslaget mod modificeret hvede har været meget stærkt.

I laboratoriet har forskere på universiteter og landbrugsvirksomheder haft succes med at modificere hvede til at tåle mere varme. Men ingen af ​​disse ændringer har gjort det til afgrøder plantet på marker.

Hvis vi skal brødføde en voksende befolkning på en varmere planet, skal dette ændres.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.