从台风到日益严重的干旱,我们的世界正在经历气候变化带来的一系列对农业生产和粮食安全灾难性的破坏。
2021年9月发表在《可持续粮食系统前沿》(Frontiers in Sustainable Food Systems)杂志上的一项研究指出:“气候变化的影响已经开始显现,而且无疑将进一步恶化,预计本世纪全球作物产量和环境适宜性将会下降糖心vlog。许多行业和科学领域正在研究创新技术,以减轻气候变化对农业的影响。其中一种方法是基因编辑,这种技术能够实现对生物体基因组进行高度精准的修饰,包括删除、沉默或插入所需基因。”
以下五个例子让我们具体了解基因编辑是如何帮助农业适应气候变化的。
No.1 提高作物抗旱能力
干旱是全球农作物减产的主要原因tangxin。利用基因编辑技术,能够帮助作物适应各种非生物胁迫,包括干旱。一些植物中存在的Se基因,被称为敏感基因(sensitive genes),会增强干旱(及其它非生物胁迫)的有害影响。研究人员利用基于CRISPR的基因编辑技术,通过破坏这些Se基因来提高作物的耐旱性。目前主要的研究作物对象包括小麦、木薯、木瓜、甘蔗和棉花。糖心vlog官网
No.2 作物病害管理
《可持续粮食系统前沿》(Frontiers in Sustainable Food Systems)杂志的一项研究称:“随着气候变化,影响植物和动物的大多数病害预计将变得更加频繁,病媒范围的扩大、温度的上升促进了病原体的繁殖,宿主有机体更容易受到病原体的感染,这些都是气候变化导致病害恶化的许多原因之一。”
为了应对即将到来的农业病害的激增,科学家们一直致力于在不使用杀虫剂和杀菌剂的情况下提升牲畜和粮食作物的抗病能力。例如,香蕉作为一种重要的粮食和经济作物在非洲被广泛种植。但干旱和极端高温等应激条件会促使当地香蕉条纹病毒的爆发,为了解决这一问题,肯尼亚内罗毕国际热带农业研究所的Leena Tripathi领导的一个研究小组率先将CRISPR基因编辑技术应用于灭活香蕉条纹病毒。
No.3 增加产量
全球气候变化将导致作物减产和牲畜产量下降。随着许多地区人口的增加,对食物的需求增加,产量的下降可能需要开垦更多的林地用于耕种。虽然过去曾使用传统育种技术来提高作物产量,但面对粮食需求的不断增长,需要采用更高效的方法来提高作物产量。基因编辑技术是有希望满足这种需求的一项技术。例如,已经研发出了产量可提高11%至68%的基因编辑水稻品种。
No.4 对抗土壤盐碱化
可持续粮食系统前沿研究报告指出,“可耕地盐碱化的扩张已经成为世界粮食安全的一个主要威胁。约6%的耕地因土壤盐碱化而遭受破坏,全球每年还在持续增加1 - 2%的盐碱地,导致玉米、水稻和小麦等主要粮食作物的产量大幅下降。”
植物科学家正在改良作物,使其能够更好地耐受极端干旱和土壤高盐分。科学家们现在已经成功地利用CRISPR技术使番茄具有更高的耐盐性;此外,华中农业大学和上海农业生物基因中心的科学家们通过消除了水稻中的一个基因,以提高其对土壤中高浓度盐的耐受性。
No.5 杂草控制
杂草可以说是农民的头号敌人,它对全球农业造成了巨大的伤害,大大降低了产量和农民收入。在印度,杂草会使农作物减产31.5%。堪萨斯州立大学农学系的一项研究表明:“在与作物竞争的过程中,杂草可能对二氧化碳浓度变化和温度上升表现出更好的适应性。”
基因编辑是解决这一问题的有效方法。不仅能为农民提供了一种更灵活和更容易的杂草管理方法,还能使农民实行免耕或少耕,有助于减少土壤侵蚀,并通过减少化石燃料消耗和土壤扰动,最大限度地减少温室气体排放。
Reference:
1.5 ways gene editing is making crops climate-resilient (GLP)
https://geneticliteracyproject.org/2022/01/18/5-ways-gene-editing-is-making-crops-climate-resilient/
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