Сочинение на тему Улучшение роста урожая в засоленных средах

Организация Объединенных Наций (2017) сообщила, что население мира увеличится с нынешних 7,6 млрд до 9,8 млрд к 2050 году, поэтому производство продовольствия необходимо увеличить на 60%. Уже около 10,9% населения мира страдали от недоедания (FAO, 2018). Прогнозируется, что эта цифра увеличится по мере того, как пахотные земли уменьшаются из-за увеличения числа несельскохозяйственных мероприятий и засоления почв, вызванного плохим управлением почвой и ирригацией, глобальным потеплением, изменением климата, повышением уровня моря и оседанием земель, что создает угрозу для производства продовольствия. , Около 50% пахотных земель в мире уже подвержены засолению (Waqas et al., 2018). В условиях растущего давления с целью производства большего количества продовольствия для питания растущего населения улучшение производства сельскохозяйственных культур, особенно солеустойчивых культур, остается одной из важнейших задач. Это исследование продемонстрирует, как научные знания и понимание передовой генной инженерии в редактировании генома могут помочь ученым найти решения для создания солеустойчивых культур. Также будут обсуждаться ограничения научных исследований и их влияние на социальные, экономические и экологические последствия. (2) Связанная биологическая наука – солевая токсичность и рост растений. Избыточная соль (NaCl) в почве влияет на рост нормальных растений из-за осмотического стресса, который снижает способность растений поглощать достаточное количество воды, заставляя растительные клетки высыхать и замедлять рост (рис. 1). Кроме того, избыток солености ионов вызывает накопление ионов Na + и Cl- в листьях, вызывая серьезный дисбаланс ионов и стресс в клетках. Высокая концентрация Na + препятствует поглощению иона K +, жизненно важного элемента для роста растений, в результате чего листья «сжигаются» и даже гибнут, как показано на рисунке 2 (Prince, 2016).

Модифицируйте засоленные почвы, чтобы они соответствовали культурам, и (2) используйте засоленные почвы для выращивания естественно солеустойчивых растений (галофитов) и проводите исследования для разработки новых солеустойчивых сортов (Ashraf et al., 2008). В соответствии с первой стратегией существуют различные способы модификации засоленных почв, включая выщелачивание, капельное орошение, подземный дренаж и мелиорацию. При выщелачивании используется вода для отвода избытка солей из корневой зоны в нижние слои почвы. Тщательное управление капельного орошения уменьшает воздействие соли, поддерживая влажность почвы, что способствует стабильному выщелачиванию. Адекватная система подземного дренажа уносит лишнюю воду и соли из области. Удобрения, содержащие химические вещества, такие как гипс, азот, фосфор и сульфат калия, используются для улучшения почвы. (PMC, 2014; Сельское хозяйство и продовольствие, 2016).

Однако ограничения этой стратегии заключаются в том, что она экономически нежизнеспособна и потенциально вредна для окружающей среды. Удобрения являются дорогостоящими, создание эффективной ирригационной системы в обширной сельскохозяйственной области требует огромных капиталовложений, а выщелачивание может увеличить засоление в грунтовых и речных системах (правительство SA, 2017). Исследователи сосредоточены на второй стратегии улучшения роста галофитов и создания устойчивых к соли сортов вместо дорогостоящих мер по восстановлению почвы для ее модификации. С 1960-х годов ученые проводят эксперименты, направленные на открытие новых методов улучшения роста сельскохозяйственных культур в засоленных средах и разработку новых солеустойчивых культур с использованием технологий генной инженерии. В исследовании использовались традиционные методы селекции, а также методы молекулярной биологии ДНК-маркеров для скрининга генотипов. Генетическое картирование и анализ количественных локусов признаков (QTL) путем выбора желаемых характеристик у превосходящих растений и скрещивания их для создания новых и улучшенных признаков показали успех в повышении солеустойчивости у некоторых культур в последние годы (Lema-Ruminska et al., 2004; Mlcochova et al., 2004). Разные растения по-разному реагируют на соленость. Ученые наблюдают за развитием специфических генов и белков и влиянием метаболитов в механизмах солеустойчивости различных модельных растений (Zhang & Shi, 2013,). Открытие и понимание того, как редактирование генов развивает солеустойчивость в растениях, позволило ученым успешно применять полученные знания в таких культурах, как люцерна, пшеница из твердых сортов пшеницы, рис (Large et al., 2006; Ashraf and Akram, 2009).

Люцерна: согласно Zhang and Wang (2015), трансгенные растения люцерны rstB могут успешно усиливать накопление кальция, который действует как механизм противостояния солевому стрессу. Подтверждено, что RSTB трансен «может использоваться в качестве селекции для солеустойчивости молекулярных культур». Генно-инженерная солеустойчивая люцерна – это высокопитательный, многолетний бобовый корм, содержащий высокие концентрации витаминов B, C, D и E. Он легче усваивается и в основном используется в качестве корма для животных, особенно молочного скота, с небольшим количеством для коммерческого производства витаминов. Он устойчив к гербицидам и, следовательно, уменьшает заражение насекомыми, может давать более высокую урожайность, чем обычная люцерна, примерно на 17%, на что могут влиять многие факторы, такие как сорт семян, погодные и почвенные условия и наличие воды (Fernandez-Cornejo et al., 2016) < / р>

Твердая пшеница: новый TmHKT1; 5-A твердая пшеница, содержащая солеустойчивый ген, продуцирует белок, который вытесняет из клеток листьев Na +, который влияет на процесс фотосинтеза растений (Университет Аделаиды, 2012). Он может хорошо расти как в стандартных, так и в физиологических условиях. Однако в засоленной почвенной среде он увеличивает урожай примерно на 25%. Его способность противостоять солевому стрессу позволяет фермерам использовать только один тип этой твердой пшеницы для любого загона, даже если почва может содержать некоторые соленые части. Основываясь на этом открытии, ученые могут сделать надежный прогноз, что твердая пшеница, содержащая ген солеустойчивости, может превзойти своего родителя пшеницы в соленых условиях. Это также помогает в дальнейших исследованиях по проникновению солеустойчивого гена в хлебную пшеницу, более крупный урожай по сравнению с твердой пшеницей (Винсент, 2012; Университет Аделаиды, 2012).

Рис: после нескольких лет неудачных исследований с помощью технологии CRISPR / Cas был разработан новый солеустойчивый вид риса лучшего качества и с более высокой урожайностью, чем у обычных культур, путем отрывания частей ДНК, редактирования кодов и изменения генов. (Wallheimer, 2018; Haskins, 2018). Он может давать гораздо более высокий урожай более чем на 50% по сравнению с обычными несолестойкими культурами, имеет лучшее качество и вкус, а также полезен для употребления в пищу, поскольку соль в почве действует как естественный пестицид и убивает бактерии. Огромный рост урожая, если он будет устойчивым, станет хорошей новостью как для фермеров, так и для всего мира, поскольку он сможет производить больше зерна, чтобы накормить подавляющее большинство населения мира рисом, являющимся их основным продуктом питания. Однако негативное воздействие на окружающую среду заключается в том, что после того, как земля была переустроена для посадки соленой воды, почва становится засоленной, и на ней можно выращивать только солеустойчивые. В отношении производства ученым еще предстоит определить, готово ли оно к производству. С точки зрения затрат это будет дорого для большинства людей, если цена не будет снижена до приемлемого уровня.