Australiens lebenswichtiger Agrarsektor wird sein hart getroffen durch stetig steigende globale Temperaturen. Unser Klima ist bereits anfällig für Dürren und Überschwemmungen. Es wird erwartet, dass der Klimawandel dies noch verstärken wird, was zu plötzlichen Sturzdürren, veränderten Niederschlagsmustern und heftigen Überschwemmungsregen führen wird. Betriebsgewinne fiel um 23 % in den 20 Jahren bis 2020, und es wird erwartet, dass dieser Trend anhält.
Wenn der Klimawandel nicht kontrolliert wird, wird es schwieriger, Lebensmittel in großem Maßstab zu produzieren. Wir beziehen über 40 % unserer Kalorien aus nur drei Pflanzen: Weizen, Reis und Mais. Der Klimawandel birgt für diese Pflanzen sehr reale Risiken. Neuere Untersuchungen deuten auf die Möglichkeit synchronisierter Ernteausfälle hin.
Während wir unsere Nutzpflanzen schon seit langem modifizieren, um Schädlinge abzuwehren oder die Erträge zu steigern, ist bisher keine kommerzielle Nutzpflanze so konzipiert, dass sie Hitze verträgt. Wir arbeiten an diesem Problem, indem wir versuchen, Sojapflanzen herzustellen vertragen können das extreme Wetter einer heißeren Welt.
Welche Bedrohung stellt der Klimawandel für unsere Lebensmittel dar?
Laut der UN-Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation muss die Nahrungsmittelproduktion bis 2050 um 60 % steigen, um die voraussichtlich 9,8 Milliarden Menschen auf der Erde zu ernähren Schätzungen.
Jeder 1°C Temperaturanstieg während der Anbausaison ist verbunden zu einem Rückgang des Reisertrags um 10 % führen. Ein Temperaturanstieg von 1°C könnte führen zu einem weltweiten Rückgang der Weizenerträge um 6,4 %. Das ist so, als ob wir einen großen Exporteur von Nutzpflanzen wie die Ukraine (6 % der gehandelten Nutzpflanzen vor dem Krieg) aus der Gleichung herausnehmen würden.
Im Gegensatz zu Tieren können Pflanzen keinen Schutz vor Hitze suchen. Die einzige Lösung besteht darin, sie besser in die Lage zu versetzen, das Kommende zu ertragen.
Diese Ereignisse treffen bereits ein. Im April 2022 verloren Bauern im indischen Bundesstaat Punjab durch eine sengende Hitzewelle über die Hälfte ihrer Weizenernte. In diesem Monat herrschen in Südostasien sengende Temperaturen vernichtende Ernten.
Was passiert mit Pflanzen, wenn sie extremer Hitze ausgesetzt sind?
Pflanzen nutzen die Photosynthese, um Sonnenlicht und Kohlendioxid in zuckerhaltige Nahrung umzuwandeln. Wenn es zu heiß ist, wird dieser Vorgang schwieriger.
Mehr Hitze zwingt Pflanzen dazu, Wasser zu verdunsten, um sich abzukühlen. Verliert eine Pflanze zu viel Wasser, welken ihre Blätter und ihr Wachstum kommt zum Stillstand. Die Sonnenkollektoren einer Pflanze – die Blätter – können im welken Zustand kein Sonnenlicht einfangen. Kein Wasser, keine Energie, um die Früchte oder das Getreide herzustellen, das wir essen möchten. Wenn die Lufttemperatur 50°C erreicht, beginnt die Photosynthese abschaltet.
Höhere Temperaturen können die Produktion von Pollen und Samen für Pflanzen erschweren und zu einer früheren Blüte führen. Hitze schwächt eine Pflanze und macht sie anfälliger für Schädlinge und Krankheiten.
Unsere Saatpflanzen – von Reis über Weizen bis hin zu Sojabohnen – sind auf sexuelle Fortpflanzung angewiesen. Um einen guten Ertrag zu erzielen, müssen die Pflanzen gedüngt werden (z. B. durch Bestäubung durch Bienen und Fliegen).
Kommt es während der Düngeperiode zu einer Hitzewelle, fällt es den Pflanzen schwerer, ihre Samen zu setzen, und der Ertrag des Landwirts sinkt. Schlimmer noch: Hohe Temperaturen verursachen sterilen Pollen, was die Anzahl der Samen, die eine Pflanze produzieren kann, verringert. Auch Bestäuber wie Bienen finden es schwer anzupassen zur Hitze.
Wir bereiten unsere Ernte vor
Um unseren Pflanzen die besten Chancen zu geben, müssen wir Techniken der genetischen Veränderung einsetzen. Obwohl diese oft umstritten waren, sind sie unsere beste Möglichkeit, auf die Bedrohung zu reagieren.
Der Grund dafür ist, dass wir durch genetische Veränderungen eine genauere Kontrolle über das Genom einer Pflanze haben als mit der traditionellen Methode der Züchtung bestimmter Merkmale. Es geht auch viel schneller, da wir Gene von einem Organismus isolieren und ohne sexuelle Fortpflanzung auf einen anderen übertragen können. Während wir Sonnenblumen also nicht durch sexuelle Fortpflanzung mit Weizen kreuzen können, können wir Sonnenblumengene nehmen und sie auf Weizen übertragen.
Seit Jahrzehnten verlassen wir uns auf gentechnisch veränderte Versionen einiger unserer wichtigsten Nahrungs- und Faserpflanzen. Fast 80 % der Sojabohnen weltweit wurden gentechnisch verändert, um den Ertrag zu steigern und sie nährstoffreicher zu machen. In Kanada und den Vereinigten Staaten macht gentechnisch veränderter Raps mehr als 90 % der Produktion aus ungefähr 20% des in Australien angebauten Raps ist gentechnisch verändert. Aber bis jetzt hatten wir noch keine kommerziell genutzten Nutzpflanzen, die so modifiziert wurden, dass sie Hitze widerstehen.
Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, nach hitzetoleranten Pflanzen zu suchen und deren Leistungsfähigkeit auf unsere Nutzpflanzen zu übertragen. Einige Pflanzen sind bemerkenswert hitzetolerant, beispielsweise das lebende Fossil Welwitschia mirabilisder in der namibischen Wüste überleben kann fast null Niederschlag.
Hitzeschock- und Hitzesensoren
Pflanzenzellen verfügen genau wie unsere über Hitzeschockproteine. Diese helfen Pflanzen, Hitze zu überleben, indem sie den Proteinfaltungsprozess in anderen Proteinen schützen. Gäbe es keine Hitzeschockproteine, würden sich lebenswichtige Proteine entfalten, anstatt sich in die für ihre Aufgabe richtige Form zu falten.
Wir können versuchen, die Funktionsweise dieser vorhandenen Hitzeschockproteine zu stärken, damit die Zellen auch unter heißeren Bedingungen weiter funktionieren können.
Wir können auch das Verhalten von Genen optimieren, die als Wärmesensoren fungieren. Diese Gene fungieren als Hauptschalter und steuern die Reaktion einer Zelle auf Hitze, indem sie schützende Hitzeschockproteine und Antioxidantien aktivieren.
In unserem Labor haben wir Sojapflanzen modifiziert Stärkung Diese wärmeempfindlichen Hauptschalter-Gene. Sojabohnenpflanzen, die höhere Mengen dieses Gens exprimierten, zeigten eine signifikante Steigerung des Schutzes. Unter kurzen, intensiven Hitzewellenbedingungen verwelkten diese veränderten Pflanzen weniger, produzierten lebensfähigeren Pollen, wiesen weniger strukturelle Verformungen auf und erzielten unter Hitzestressbedingungen bessere Erträge.
Was ist mit Weizen?
Während wir uns an gentechnisch veränderte Sojabohnen gewöhnt haben, haben wir es getan Noch nicht sich mit der Notwendigkeit auseinandersetzen, Weizen – die mit Abstand wichtigste Grundnahrungsmittelpflanze – zu verändern.
Hitzewellen stellen ein ähnliches Problem für Weizen dar, aber die Akzeptanz in der Bevölkerung ist nicht vorhanden. Der Rückstoß gegen modifizierten Weizen sehr stark.
Im Labor ist es Forschern an Universitäten und Agrarunternehmen gelungen, Weizen zu modifizieren vertragen mehr Hitze. Aber keine dieser Veränderungen hat Eingang in die Feldfrüchte gefunden.
Wenn wir eine wachsende Bevölkerung auf einem heißeren Planeten ernähren wollen, muss sich dies ändern.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.