- Повысить урожайность, особенно в неблагоприятных условиях
- Управление гербицидной устойчивостью
- Управление устойчивостью к вредителям
- Контроль устойчивости к болезням
- Совершенствование технологий генной инженерии для повышения общественного мнения
- Повышение индекса урожая
- Улучшение круговорота питательных веществ в сельскохозяйственных экосистемах
С момента появления сельского хозяйства 10 000 лет назад, после одомашнивания подходящих животных и растений, цивилизованные культуры развивались так, как в то время можно было обеспечить пищу и корма в избытке, что позволяло вести дополнительную деятельность в отличие от обществ, полагающихся на сборы и охоту.
Сельскохозяйственная практика с тех пор постоянно развивалась, и не только методы выращивания растений повышали производительность, но и используемый генетический материал постепенно совершенствовался путем селекции для поддержания постоянно растущего населения.
Однако это линейное повышение продуктивности сельскохозяйственных культур больше не удовлетворяет растущий спрос, поскольку не только доступные сельскохозяйственные земли на душу населения сокращаются, но и растет спрос на возобновляемые продукты, получаемые из сельского хозяйства, поскольку традиционно нефтедобывающие отрасли промышленности все больше полагаются на продукты, получаемые из биомассы, причем наиболее ярким примером этого является энергетика.
Поэтому, главный вызов в области биотехнологии растений заключается, прежде всего, в повышении урожайности на порядки, чего до сих пор не было достигнуто, но не в последнюю очередь в улучшении качества растений для их традиционного использования, например, в производстве продуктов питания и кормов, а также в предоставлении индивидуальных биоматериалов для широкого круга промышленных применений, включая предоставление энергии для целого ряда целей, что может быть достигнуто только при условии дальнейшего развития технологий, позволяющих достичь прогресса в селекции растений с беспрецедентной скоростью.
С этой целью требуются в высшей степени междисциплинарные усилия по интерпретации многопараллельных наборов данных, генерируемых в настоящее время и в еще большей степени в будущем на всех уровнях биологии растений, для получения информации, которая может быть использована селекционерами.
Биология растений по сравнению с биологией человека, однако, имеет дело с дополнительным уровнем сложности, с которым сталкивается тот факт, что растения, как правило, выращиваются в постоянно изменяющихся условиях, которые почти всегда далеки от оптимальных, еще больше в условиях постепенного изменения климата во многих экосистемах. С точки зрения биолога растений, это требует не только интеграции специальных областей в науку о растениях, но и экспертных знаний в самом широком спектре науки о растениях.
- Первым вкладом биотехнологии растений в повышение продуктивности сельскохозяйственных культур стала разработка культур, устойчивых к широкополосным гербицидам, которые 15 лет назад часто селектировались для растений.
Эти технологии доказали свою высокую ценность как на экологическом, так и на социально-экономическом уровне, поскольку в системах производства таких культур используются менее общие и менее экологически сомнительные гербициды, а также более экономически выгодные гербициды.
Задача по-прежнему заключается в том, чтобы поддерживать такие производственные системы устойчивыми к широкополосным гербицидам культурами, поскольку предполагается, что после непрерывного применения таких широкополосных гербицидов в течение целого ряда вегетационных сезонов появится устойчивость к этим гербицидам среди сорняков, и селективное преимущество будет утрачено для этих культур.
Научной задачей для решения этой проблемы будет диверсификация диапазона широкополосных гербицидов, которые могут быть использованы, позволяя управлять севооборотом культур или сортов, которые препятствуют селекции для обеспечения гербицидной устойчивости сорняков.
Для этого необходимо не только разработать новые гербициды, ориентированные на новые биохимические пути растений, но и открыть новые механизмы устойчивости.
Аналогичная проблема кроется и во втором признаке, который до сих пор широко использовался в коммерческих целях, а именно, в устойчивости к насекомым-вредителям, и который до сих пор решался путем экспрессии бактериальных токсинов против соответствующих вредителей в сельскохозяйственных культурах. Кроме того, здесь необходима диверсификация для предотвращения сопротивляемости вредителей. До сих пор только белковые токсины, полученные из Bacillus thuringiensis, были выражены в культурах, чтобы обеспечить устойчивость к насекомым-вредителям, однако спектр пептидов, белков или других соединений, полученных в результате вторичного метаболизма, необходимо расширить для разработки новых механизмов устойчивости к вредителям, которые позволят в будущем интегрировать управление борьбой с вредителями.
Продолжение...