Informace

Je možné zkrátit dobu zralosti rostlin pomocí biotechnologie?


Slyšel jsem o rychlém chovu, který využívá optimální podmínky ve sklenících a růstových komorách. Je také možné zkrátit dobu zralosti rostliny (tj. Dobu, kterou potřebuje od výsadby, až do sklizně jejího výnosu) pomocí genetických modifikací?


Možná prozkoumejte rodiny genů YUC, které syntetizují auxin růstového hormonu (ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6941117) a geny ARF (ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4737911), které reagují na auxin . Nadprodukce auxinu nebo změny ARF mohou růst urychlit. Některé herbicidy jsou však syntetické auxiny (např. 2,4-D) a fungují tak, že vyčerpávají a ničí plevele (en.wikipedia.org/wiki/2,4-Dichlorophenoxyacetic_acid), takže úprava těchto cest může mít nežádoucí vedlejší účinky, v závislosti na oříznutí.


Nezávisle na hormonální manipulaci, kterou navrhl Alex Reynolds, bylo zjištěno, že odchylka transkripčního faktoru UPB1 má vliv na růst rostlin Tsukagoshi a kolegy - Transkripční regulace ROS řídí přechod od proliferace k diferenciaci v kořenu.

Stručně řečeno, narušení aktivity UPB1 v modelu Arabidopsis kořeny mění rovnováhu volných radikálů, což vede ke zpožděné diferenciaci a pokračujícímu růstu buněk. Kořeny s nedostatkem UPB1 rostly rychleji a byly složeny z větších buněk. Uměle rostoucí aktivita UPB1 měla za následek pomalejší růst kořenů.

Když vezmeme definici doby splatnosti OP -

doba, kterou potřebuje od výsadby, až do doby, kdy lze sklidit její výnos

- zemědělská využitelnost této mutace závisí na plodině. Pokud je cílem zvýšit množství biomasy co nejrychleji, je to pravděpodobně prospěšná mutace. Pokud je cílem zkrátit dobu potřebnou k tomu, aby rostlina přinesla zralé plody, nebyla by tato mutace ideální, vzhledem k tomu, že narušení aktivity UPB1 vede ke zpomalené diferenciaci buněk.


11 Výhody a nevýhody biotechnologie

Biotechnologie je obor, který spojuje pojmy z biologie s pojmy technologie. Je rozdělena do čtyř samostatných disciplín, které jsou často zastoupeny konkrétními barvami: červená, bílá, modrá a zelená. Tyto barvy představují lékařské procesy, průmyslové procesy, námořní procesy a zemědělské procesy.

Pokrok je hlavním přínosem, který je biotechnologie schopna poskytnout. První průkopníci v této oblasti používali informace o různých druzích rostlin, aby vytvořili příležitosti pro křížení s cílem zlepšit výnos, chuť, velikost a barvu jejich sklizně. Dnešní specialisté na biotechnologie dělají totéž, ale v mnohem větším měřítku díky technologickým vylepšením ve 20. a 21. století.

Zneužívání je primární nevýhodou, kterou mohou biotechnologie poskytnout. Pokud jsou koncepty tohoto studijního oboru zneužívány, může to mít zničující dopad na lidi, společnost, životní prostředí a dokonce i naši planetu. Z tohoto důvodu byly určité oblasti studia v biotechnologiích, jako je klonování lidí, omezeny nebo přímo zakázány. Ve špatných rukou může biotechnologie dokonce vytvářet zbraně hromadného ničení.

Zde jsou další klady a zápory biotechnologie, o kterých je třeba přemýšlet.

Výhody biotechnologie

1. Může zlepšit zdraví a současně snížit hlad.
Biotechnologie pomohla zlepšit nutriční obsah našich potravin. Potřebné vitamíny a minerály lze produkovat v orné půdě, což snižuje zdravotní problémy související s nedostatkem živin. Biotechnologie zároveň zlepšuje výnosy orné půdy a nutriční hustotu, takže lidé mohou jíst méně a stále dostávat stejné nutriční hodnoty. To umožňuje více lidem mít jídlo, které potřebují.

2. Vytváří flexibilitu v rámci potravinového řetězce.
Biotechnologie může také pomoci orné půdě produkovat potraviny, které za „běžných“ podmínek nemusí být možné. Pomocí konceptů z tohoto studijního oboru je možné pěstovat plodiny v poušti. Je možné vytvářet plodiny, které jsou přirozeně odolné vůči škůdcům. Přestože množství půdy, kterou může naše planeta poskytnout, je omezené, biotechnologie nám umožňuje využívat více z nich na to, co potřebujeme.

3. Nabízí možnosti lékařského pokroku.
Biotechnologie nám umožňuje nahlédnout dovnitř stejně snadno, jako se můžeme dívat do vnějšího světa na pokrok. Studie zahrnující lidský genom nám umožnily lépe porozumět genetickým chorobám a některým druhům rakoviny a vytvořit pro ně účinnější léčbu - a někdy i léčí. Umožnilo nám to prozkoumat důvody určitých vrozených vad, abychom pochopili důležitost kyseliny listové. To umožňuje prodloužit průměrnou délku lidského života.

4. Umožňuje nám zachovat zdroje.
Biotechnologie nám dává příležitost prodloužit životnost našich potravinových zásob. Postupy, které zahrnují solení potravin k jejich uchování, sahají až za biblické časy. Zmrazování a sušení potravin jako způsoby konzervace jsou známé již po staletí. Pasteur byl průkopníkem přístupu k ohřevu potravinářských produktů k odstranění škodlivých prvků, aby mohly být konzervovány po delší dobu.

5. Pomáhá nám minimalizovat nebo eliminovat odpadní produkty.
Podle National Geographic je stopa, kterou lidstvo na naší planetě zanechává z odpadu, poměrně rozsáhlá. V roce 2006 vygenerovaly Spojené státy 251 milionů tun odpadu. To odpovídá téměř 5 librám odpadu na osobu a den. 65% odpadků pochází z domácností a 55% těchto odpadků skončí na skládce. Biotechnologie nám umožňuje vytvářet odpadní produkty, které mají lepší biologicky rozložitelné vlastnosti. Umožňuje nám efektivněji spravovat skládky. Tímto způsobem můžeme začít minimalizovat stopu, která zůstane pro budoucí generace.

6. Může snížit výskyt infekčních chorob.
Biotechnologie nám pomohla vytvořit vakcíny. Pomohlo nám to být schopni vytvořit léčbu, která snižuje obtížné příznaky onemocnění. Pomohlo nám to dokonce naučit se přenášet infekční choroby, aby se jejich přenos omezil. To nám umožňuje chránit ty, kteří jsou vůči těmto nemocem nejzranitelnější, a dát jim šanci žít šťastný a naplněný život.

Nevýhody biotechnologie

1. Vytváří přístup vše nebo nic.
Jedním z největších problémů, kterým biotechnologie čelí, je nedostatek genetické rozmanitosti. Procesy zahrnuté v této oblasti mohou zvýšit výnosy plodin a zlepšit lékařskou vědu, ale stojí to za cenu genetického zúžení. Pokud by se stalo něco nepředvídaného, ​​celá plodina nebo příležitost lékařského ošetření by mohla přijít vniveč nebo dokonce ohrozit přežití určitých druhů.

2. Je to oblast výzkumu s mnoha neznámými.
Přestože se naše databáze biotechnologií v poslední generaci velmi rozšířila, stále existuje mnoho dlouhodobých neznámých, kterým čelíme. Co se stane, když si pohrajeme s genetikou člověka při léčbě poruchy? Co se stane s životním prostředím, pokud dramaticky změníme plodiny tak, aby rostly v místech, která by normálně nepodporovala růst plodin? Pokud by každá akce měla stejnou a opačnou reakci, budoucí generace by mohly zaplatit cenu za náš výzkum, který se dnes děje.

3. Mohlo by to zničit ornou půdu.
Biotechnologie umožnila vstupu více vitamínů a minerálů do našeho potravinového řetězce, ale může to být za příplatek. Mnoho plodin získává svůj nutriční obsah z půdy, ve které rostou. Pokud je tato půda plodinou přetížena, může ztratit svoji životaschopnost, a to i při střídání plodin. To může snížit dobu růstu, kterou je každý pozemkový segment schopen poskytnout, a současně prodloužit dobu obnovy. V některých situacích by mohly být orné půdy trvale zničeny.

4. Proměňuje lidský život ve zboží.
Ve Spojených státech Nejvyšší soud rozhodl, že DNA, která je laboratorně manipulována, může být patentována. Základem tohoto rozhodnutí bylo, že pozměněné sekvence DNA se v přírodě nenacházejí. V tuto chvíli byla konkrétně uvedena komplementární DNA nebo cDNA jako příklad toho, co by mohlo být patentováno. Získání DNA za účelem vytvoření pozměněných sekvencí DNA za účelem minimalizace minimalizuje lidský život (nebo život rostlin a zvířat) s cílem zisku. Otevírá také dveře etickým a morálním otázkám, například když začíná lidský život, s cílem maximalizovat dolary a centy, které lze získat.

5. Může být použit ke zničení.
Všechny výhody, které může biotechnologie poskytnout, by se také mohly proměnit ve zbraň, která se používá k hromadnému ničení. Plodiny lze vylepšovat, ale také je lze ničit. Léky lze vyrábět pomocí biotechnologie, ale nemoci lze také ozbrojovat. Pokud by biotechnologie zůstala nezaškrtnutá, mohla by dokonce vytvořit společenskou třídu, která je vytvořena výhradně pro výzkumné účely.

Biotechnologie udělala mnoho pro zlepšení našeho způsobu života. Pomohlo světu stát se mnohem menším místem. Zároveň stále čelíme mnoha výzvám, které je třeba překonat.


Technologie indexování patogenů

I.G. Dinesen, A. van Zaayen, v Advances in Botanical Research, 1996

Klonální výběr

Výběr zdravých rostlin je často prvním krokem k získání rostlinného materiálu bez chorob. Proces výběru v komerčních školkách by měl být prováděn z jejich nejčistších a nejzdravějších rostlin vyrobených v předchozí sezóně. Brzy na jaře je často optimální doba pro výběr základního rostlinného materiálu, protože rostliny jsou stresované a symptomy onemocnění se pravděpodobně projeví za slabého osvětlení a špatných podmínek růstu, které v této době převládají. Rozdíly v rychlosti růstu jsou navíc nejzřetelnější na začátku jara, což usnadňuje výběr živých rostlin pro množení.


Jaká jsou rizika biotechnologie?

Spolu s vzrušením přinesl rychlý pokrok výzkumu také otázky ohledně důsledků pokroku v biotechnologiích. Biotechnologie může nést větší riziko než jiné vědecké obory: mikroby jsou malé a obtížně zjistitelné, ale nebezpečí je potenciálně obrovské. Umělé buňky se dále mohly samy rozdělit a šířit ve volné přírodě s možností dalekosáhlých důsledků. Biotechnologie by se s největší pravděpodobností mohla ukázat jako škodlivá buď prostřednictvím nezamýšlených důsledků benevolentního výzkumu, nebo z účelové manipulace biologie, která by způsobila újmu. Dalo by se také představit špinavé kontroverze, ve kterých se jedna skupina zabývá aplikací pro biotechnologie, kterou ostatní považují za nebezpečnou nebo neetickou.

1. Neúmyslné důsledky

Chovatelé cukrové třtiny v Austrálii ve třicátých letech minulého století měli problém: brouci třtiny ničili jejich úrodu. Usoudili tedy, že dovoz přirozeného predátora, ropuchy třtinové, může být přirozenou formou hubení škůdců. Co se může pokazit? Ropuchy se samy o sobě staly velkou nepříjemností, rozšířily se po kontinentu a pojídaly místní faunu (ironicky kromě třtinového brouka).

Zatímco moderní biotechnologická řešení problémů společnosti se zdají být mnohem sofistikovanější než vysoušení obojživelníků do Austrálie, tento příběh by měl sloužit jako varovný příběh. Aby se předešlo chybám v katastrofě, měly by být uznány chyby minulosti.

  • V roce 2014 se Centrum pro kontrolu nemocí dostalo pod kontrolu poté, co opakované chyby vedly k tomu, že byli vědci vystaveni ebole, antraxu a chřipce. A profesor v Nizozemsku se dostal do ohně v roce 2011, když jeho laboratoř zkonstruovala smrtící, vzduchem přenášenou verzi viru chřipky, zmíněnou výše, a pokusila se zveřejnit podrobnosti. Tyto a další laboratoře studují viry nebo toxiny, aby lépe porozuměli hrozbám, které představují, a pokusili se najít léky, ale jejich práce by mohla zahájit stav nouze v oblasti veřejného zdraví, pokud by v důsledku lidské chyby došlo k uvolnění nebo nesprávnému zacházení se smrtelným materiálem.

  • Komáři jsou nositeli nemocí - včetně škodlivých a dokonce smrtelných patogenů, jako je Zika, malárie a dengue - a zdá se, že v ekosystému nehrají žádnou produktivní roli. Ale civilisté a zákonodárci vzbuzují obavy ohledně strategie kontroly komárů, která by geneticky změnila a zničila druhy komárů přenášející choroby. Tato technologie, známá jako „genový pohon“, je navržena tak, aby rychle šířila gen v populaci sexuální reprodukcí. Například pro kontrolu komárů by vědci mohli vypustit do přírody samce, kteří byli upraveni tak, aby produkovali pouze sterilní potomstvo. Vědci, kteří pracují na genovém pohonu, provedli posouzení rizik a vybavili je ochrannými prvky, aby byly zkoušky co nejbezpečnější. Jelikož však člověkem vytvořený genový pohon nebyl ve volné přírodě nikdy testován, nelze s jistotou vědět, jaký dopad by mohl mít vyhynutí komárů na životní prostředí. Navíc existuje malá možnost, že genová jednotka by mohla po uvolnění ve volné přírodě mutovat a šířit geny, které vědci nikdy neplánovali. I když jsou vědci vyzbrojeni strategiemi ke zvrácení nepoctivých genových pohonů, může se stát, že budou genové jednotky obtížně ovládat, jakmile se rozšíří mimo laboratoř.
  • Když vědci hledali stopy v DNA lidí, kteří jsou zjevně imunní vůči HIV, zjistili, že rezistentní jedinci zmutovali protein, který slouží jako přistávací plocha pro HIV na povrchu krvinek. Protože tito pacienti byli v nepřítomnosti proteinu zjevně zdraví, vědci usoudili, že vymazání jeho genu v buňkách infikovaných nebo rizikových pacientů by mohlo být trvalým lékem na HIV a AIDS. S příchodem nového nástroje, sady „DNA nůžek“ s názvem CRISPR/Cas9, který slibuje jednoduchou genovou chirurgii pro HIV, rakovinu a mnoho dalších genetických chorob, si vědecký svět začal představovat téměř nekonečné možnosti. Ale zkoušky CRISPR/Cas9 v lidských buňkách přinesly znepokojivé výsledky, přičemž mutace se objevily v částech genomu, které neměly být zaměřeny na změny DNA. I když může být špatný sestřih trapný, špatný střih od CRISPR/Cas9 může být mnohem vážnější, takže budete zdravější místo zdravější. A pokud by tyto úpravy byly provedeny na embryích, místo plně vytvořených dospělých buněk, pak by mutace mohly trvale vstoupit do genofondu, což znamená, že budou přeneseny na všechny budoucí generace. Prominentní vědci a prestižní časopisy zatím vyzývají k moratoriu na úpravu genů u životaschopných embryí, dokud nebudou lépe pochopena rizika, etika a sociální důsledky.

2. Weaponizing Biology

Svět byl nedávno svědkem ničivých účinků vypuknutí nemocí ve formě eboly a viru Zika –, ale ty byly přírodního původu. Zlomyslné používání biotechnologií by mohlo znamenat, že budoucí ohniska jsou zahájena záměrně. Ať už je pachatelem státní aktér nebo teroristická skupina, vývoj a uvolnění biologické zbraně, jako je jed nebo infekční onemocnění, by bylo těžké odhalit a ještě těžší zastavit. Na rozdíl od střely nebo bomby se smrtící buňky mohly šířit i dlouho po nasazení. Vláda USA bere tuto hrozbu velmi vážně a na lehkou váhu by neměla být brána ani hrozba biologických zbraní pro životní prostředí.

Rozvinuté země, a dokonce i ty zbídačené, mají prostředky a know-how na výrobu biologických zbraní. Například se říká, že Severní Korea shromáždila arzenál obsahující „antrax, botulismus, hemoragickou horečku, mor, neštovice, tyfus a žlutou zimnici“, připravený pro případ útoku. Není nerozumné předpokládat, že se teroristé nebo jiné skupiny snaží dostat do rukou také biologické zbraně. Skutečně bylo zaznamenáno mnoho případů použití chemických nebo biologických zbraní, včetně zděšení antraxu krátce po 11. září, které si vyžádalo 5 mrtvých poté, co byly toxické buňky odeslány poštou. A nové technologie pro úpravu genů zvyšují šance, že by se hypotetická biozbraň zaměřená na určité etnikum, nebo dokonce na jediného jedince jako světového vůdce, jednoho dne mohla stát realitou.

Zatímco útoky s použitím tradičních zbraní mohou vyžadovat mnohem méně odborných znalostí, nebezpečí biologických zbraní by nemělo být ignorováno. Může se zdát nemožné vyrábět biologické zbraně bez spousty drahých materiálů a vědeckých znalostí, ale nedávné pokroky v biotechnologiích mohou dokonce usnadnit výrobu biologických zbraní mimo specializovanou výzkumnou laboratoř. Náklady na chemickou výrobu řetězců DNA rychle klesají, což znamená, že jednoho dne může být cenově dostupné „tisknout“ smrtící proteiny nebo buňky doma. A otevřenost vědeckého publikování, která byla klíčová pro náš rychlý pokrok v oblasti výzkumu, také znamená, že si kdokoli může svobodně googlit chemické detaily smrtících neurotoxinů. Ve skutečnosti nejkontroverznějším aspektem přeplňovaného případu chřipky nebylo to, že byly experimenty provedeny, ale že vědci chtěli otevřeně sdílet podrobnosti.

Doufejme, že vědecký pokrok může vědcům umožnit najít řešení biotechnologických hrozeb tak rychle, jak nastanou. Rekombinantní DNA a biotechnologické nástroje umožnily rychlý vynález nových vakcín, které by mohly chránit před novými ohnisky, přírodními nebo lidmi. Například méně než 5 měsíců poté, co Světová zdravotnická organizace prohlásila virus Zika za stav nouze v oblasti veřejného zdraví, získali vědci souhlas se zařazením pacientů do zkoušek DNA vakcíny.


Je možné zkrátit dobu zralosti rostlin pomocí biotechnologie? - Biologie

Biotechnologie zvyšuje odolnost plodin vůči hmyzu, zvyšuje toleranci herbicidů plodin a usnadňuje používání ekologicky udržitelnějších zemědělských postupů. Biotech pomáhá nakrmit svět:

  • Generování vyšších výnosů plodin s menším počtem vstupů
  • Snížení objemu zemědělských chemikálií vyžadovaných plodinami-omezení odtoku těchto produktů do životního prostředí
  • Využívání biotechnologických plodin, které vyžadují méně aplikací pesticidů a které zemědělcům umožňují omezit obdělávání zemědělské půdy
  • Vývoj plodin s vylepšenými nutričními profily, které řeší nedostatek vitamínů a živin
  • Výroba potravin bez alergenů a toxinů, jako jsou mykotoxiny a
  • Zlepšení obsahu potravin a rostlinného oleje s cílem zlepšit kardiovaskulární zdraví.

V současné době existují více než 250 biotechnologických zdravotnických produktů a vakcín k dispozici pacientům, mnoho pro dříve neléčitelná onemocnění. Více než 13,3 milionu zemědělců po celém světě využívat zemědělskou biotechnologii ke zvýšení výnosů, prevenci škod způsobených hmyzem a škůdci a snížení dopadu zemědělství na životní prostředí. A staví se více než 50 biorafinérií v celé Severní Americe testovat a zdokonalovat technologie na výrobu biopaliv a chemikálií z obnovitelné biomasy, které mohou pomoci snížit emise skleníkových plynů.

Nedávné pokroky v biotechnologiích nám pomáhají připravit se na nejnaléhavější výzvy společnosti a čelit jim.

BIO je největší světová obchodní asociace zastupující biotechnologické společnosti, akademické instituce, státní biotechnologická centra a související organizace po celých Spojených státech a ve více než 30 dalších zemích.

Nabízíme členství, události, zprávy z průmyslové analýzy a další, které slouží celému spektru biotechnologického průmyslu.

BIO sestavilo několik komplexních zpráv a nástrojů pro podrobnou průmyslovou analýzu terapeutického vývoje COVID-19, nových investičních trendů společnosti, trendů chronických onemocnění, míry klinické úspěšnosti a dalších.


Integrace strategií managementu nemocí po sklizni

Integrace strategií řízení nemocí do ovoce a zeleniny se ukázala jako odpověď na nedostatky spoléhání se na chemickou kontrolu. Zabývá se integrací všech dostupných metod kontroly chorob za účelem účinného a ekonomického zvládání chorob tak, aby byly uspokojeny lidské potřeby a současně hlídána kvalita sklizené produkce a životní prostředí.

Několik studií zdůraznilo výhody post-sklizňové aplikace biologických kontrolních prostředků oproti polní nebo půdní aplikaci.

Hlavními výhodami jsou pohodlí uvedení antagonisty do kontaktu s komoditou ve srovnání s jeho přidáním do půdy a možnost působení za kontrolovaných podmínek, vytvořených a udržovaných během skladování. Podobně je možné zavést Bacillus subtilis do vosku aplikovaného na broskve v balírně, aby byly chráněny před hnilobou způsobenou Monilinia fructicola.

Antagonistické kvasinky Pichia guilliermondii lze zavést do voskové směsi nanesené na citrusové plody v balírně. Kompatibilita mezi mikrobiálním antagonistou a syntetickým fungicidem nabízí možnost použití antagonisty v kombinaci se sníženými hladinami fungicidu.

Při použití antagonisty kvasinek Pichia guilliermondii na citrusové plody v kombinaci s podstatně sníženými koncentracemi thiabendazolu se snížil rozpad Penicillium digitatum na úroveň podobnou té, jaké se dosahuje v současné době doporučené koncentraci thiabendazolu aplikovaného samostatně.

Integrovaný systém ochrany proti škůdcům tedy poskytuje účinnou ochranu proti škůdcům a udržuje velmi nízké hladiny chemických zbytků.

Intenzivní studie biologické kontroly posklizňových chorob vedly k registraci dvou biologických produktů pro komerční posklizňové aplikace na citrusové plody, tj. Aspire, což je Candida oleophila, a Bio-Save 1000 z Pseudomonas syringae.

Biologické činidlo musí mít nízkou citlivost na jakýkoli doplněný chemický fungicid. Kombinace Aspire s každou z použitých chemikálií zlepšila výsledky, někdy kombinace s nízkou mírou fungicidu byly dostatečné k dosažení účinků podobných těm, které chemikálie získaly standardními dávkami.

Byly navrženy bezpečné sloučeniny nebo přírodní produkty rostlinného původu, protože alternativy k syntetickým a konvenčním fungicidům by mohly být také použity v kombinaci s činidly pro biologickou kontrolu, které doplňují jejich aktivitu. Patogeny ošetřené takovými antifungálními látkami mohou být oslabeny a stát se zranitelnějšími vůči antagonistické aktivitě.

Integrace biologické kontroly po sklizni do moderních výrobních, skladovacích a manipulačních systémů musí začít před sklizní. Několik předsklizňových faktorů, které ovlivňují kvalitu ovoce, může mít zásadní vliv na účinnost biologických kontrolních látek po sklizni.

Předsklizňové postřiky vápníkem během vegetačního období jablek a hrušek mohou zvýšit pevnost plodů, snížit výskyt určitých poruch a posílit odolnost vůči posklizňové infekci. Změny vápníku a aplikace některých antagonistických kvasinek po sklizni mohou být aditivní při snižování rozpadu ovoce a významně zvyšují kontrolu nad chorobami ve srovnání se samotným ošetřením.

Výhody ve zvýšené pevnosti, zvýšené odolnosti vůči rozkladu po sklizni a zvýšené účinnosti biokontrol za určitých okolností odrážejí mnohostranné výhody integrace biologické kontroly po sklizni s kulturními a produkčními postupy.

Faktory po sklizni mohou mít zásadní vliv na účinnost biologické kontroly. Zralost ovoce při sklizni a aplikace antagonistů ovlivňuje biologickou kontrolu po sklizni. Zpožděné trhané a vyzrálé plody jsou náchylnější k rozkladu než plody sbírané v optimální skladovací zralosti.

Roberts (1990, 1994) zjistil, že zralost ovoce v jablkách a hruškách výrazně ovlivňuje účinnost biokontrolního účinku antagonistických kvasinek Cryptococcus, zatímco vynikající kontroly bylo dosaženo u čerstvě sklizeného ovoce a ošetření zralého ovoce poskytlo mnohem nižší úrovně kontroly.

Řízení teploty je kritickým faktorem pro udržení kvality ovoce a vývoj patogenů, může zlepšit biologickou kontrolu rozpadu při skladování.

Janisiewicz (1991) prokázal, že při poklesu skladovací teploty jablek a hrušek došlo ke snížení koncentrace pyrrolnitrinu (metabolit Pseudomonas cepacia a dalších Pseudomonas spp.) Potřebných k ochraně ovoce před plísní šedou (Botrytis cinerea) a modrá plíseň způsobená Penicillium expansum.

V posledních letech byla zdokonalena integrovaná strategie pro kontrolu posklizňového jádra a jádřince, která obsahuje několik složek před a po sklizni, tj. Změnu stavu živin v ovoci, aplikace vápníku jako postřik během vegetačního období, nižší obsah ovocného dusíku jsou spojovány se sníženou závažností onemocnění a ovlivňují náchylnost plodů jádra k rozpadu.

Skladování v řízené atmosféře se sníženým O2 a zvýšené CO2 může snížit závažnost posklizňového houbového rozpadu v jablkách inhibicí stárnutí ovoce a udržováním odolnosti hostitele vůči infekci.

Integrace rané sklizně, nízký ovocný dusík, vysoký ovocný vápník, kvasnice nebo kvasnice + jedna desetina dávky thiabendazolu spolu s kontrolovanou atmosférou (2% O2, 0,6% CO2) bylo zjištěno, že snižují závažnost plísní ve vybraných hruškách.

Bylo shledáno, že všechny složky integrovaného přístupu jsou kompatibilní s thiabendazolovými fungicidy používanými k léčbě posklizňového rozpadu a modré plísně (P. expansum) ve sklizených hruškách.

Několik druhů kvasinek, jako je Cryptococcus laurentii, je schopno kolonizovat rány hruškového ovoce za podmínek nízké teploty, okolního nebo sníženého O2 a CO2 proto mohou být integrovány do strategií po sklizni.

Dvě ošetření po sklizni, biologická kontrola a balení v modifikované atmosféře byly kombinovány s postřikem iprodionu před sklizní a výskyt hnědé hniloby byl snížen ze 41,5 % u kontroly na pouhých 0,4 %.

Různí pracovníci vyvinuli kombinovaný strategický přístup ke kontrole patogenů infikujících ránu řadou ošetření zahrnujících dezinfekci povrchu a prostředí plodů, eradikaci nebo potlačení klíčení spor hub v místech poranění kombinací fungicidů a snížení náchylnosti rány k infekci přidáním antagonistů biokontrol, které působí jako ochranná činidla.

Je zřejmé, že mnohostranný integrovaný přístup byl výhodnější než použití solitárních opatření. Aplikaci antagonistů, indukovanou rezistenci, fyzikální ošetření, chemikálie, přírodní a bezpečné fungicidy atd. Lze tedy použít jednotným způsobem k zajištění větší konzistence a účinnosti při léčbě posklizňových chorob.


BUDOUCÍ APLIKACE GENOME EDITING

Ze objevujících se technologií genetického inženýrství, které byly přezkoumány výše, je editace genomu nejblíže k úpravě komerčně dostupných plodin. Klíčovou součástí efektivní a efektivní aplikace úpravy genomu je porozumění biochemickému, molekulárnímu a fyziologickému základu agronomických vlastností, jako je architektura rostlin, fotosyntéza, rezistence vůči patogenům a tolerance vůči stresu. Vzhledem k pokroku ve znalostech se objeví další cíle úpravy genomu a pravděpodobně budou zahrnovat manipulaci s více geny (viz kapitola 8). Výbor také očekává pokrok ve schopnosti přesně upravovat rostlinné geny, tj. Provádět přesné změny v konkrétních genech bez narušení jiných genů. Takové pokroky často pocházejí ze základního výzkumu, jehož dalekosáhlé aplikace se nepředpokládají. TALENy například vyplynuly ze studie o tom, jak jsou některé rostlinně patogenní Xanthomonas druhy modifikují genovou expresi v hostitelských rostlinných buňkách. Systém CRISPR/Cas9 vyplynul z překvapivého zjištění, že některé bakterie mají adaptabilní imunitní systém, který odolává infekci viry. Systémy TALEN a CRISPR/Cas9 přinesly rychlý pokrok nejen v jednoduchosti, ale také v řadě možností úpravy genomu. V této části výbor poskytuje přehled některých očekávaných aplikací této transformační technologie.

Odstranění činidel upravujících genom u geneticky upravených plodin

Předpokládá se, že editace genomu bude užitečná u většiny zemědělských plodin při generování modifikovaných alel, které jsou homozygotní v modifikované linii, z několika důvodů: aby se zabránilo segregaci změněné alely v odvozeném potomstvu, aby se eliminovala produkce cílové mRNA divokého typu a protein, a ke zvýšení dávky modifikované alely, protože hladina transkriptu genu koreluje s počtem alel. Jak již bylo popsáno dříve, je možné úpravy genomu bez DNA pomocí CRISPR (Woo et al., 2015). S činidly TALEN a CRISPR/Cas9 lze v první transformované generaci generovat heterozygotní i homozygotní mutace. K identifikaci jedinců homozygotních pro modifikovanou alelu lze provést jednoduché molekulárně biologické screeningy. Alternativně, pro sexuálně se množící druhy kompatibilní s sebou samými, mohou být jednotlivé heterozygotní transformované rostliny kříženy s jejich vlastním pylem a homozygotním potomstvem identifikovaným ve druhé transformované generaci. Důležitým hlediskem při generování některých genomem upravovaných rostlin je zajistit, aby ve vybraném potomstvu nebylo přítomno činidlo (TALEN, Cas9), pokud reagenty zůstanou aktivní, mohou být generovány další mutace. V některých situacích je žádoucí pokračující přítomnost činidla. Zachované editační reagencie mohou například působit jako konstantní mutagen a generovat různé modifikované alely, pokud je přítomno dostatečné množství členů genové rodiny, které by mohly být substráty pro reagencie. To však nemusí být v agronomické situaci žádoucí, protože stabilita genetického materiálu je zásadní pro komerční produkci. Dalším příkladem, ve kterém je nutná pokračující přítomnost činidla, jsou aplikace genového pohonu.

Gene Drive

V přirozených populacích mohou být činidla pro úpravu genomu použita k vytvoření systému genového pohonu, ve kterém se mění frekvence konkrétní alely v populaci, což ovlivňuje pravděpodobnost, že požadovaná alela bude zděděna. Systém genového pohonu může být vytvořen zadržením činidel upravujících genom v transgenním organismu, aby bylo možné pokračovat v úpravě cílových alel v celé populaci, když jsou činidla začleněna do zárodečné linie a předána dalším členům populace prostřednictvím sexuální reprodukce. použití CRISPR/Cas9 k vytvoření takového systému pro úpravu genomu bylo označováno jako mutagenní řetězová reakce (Gantz a Bier, 2015). Genový pohon má aplikace v boji proti hmyzích škůdcům, jako jsou komáři, a různým škůdcům v plodinách (Esvelt et al, 2014). Neúmyslnému vytvoření systému pohonu genů CRISPR/Cas9 lze zabránit zajištěním toho, že genové konstrukty, které kódují dvě kazety 5 pro Cas9 a naváděcí RNA, nebudou přítomny v rostlině GE, která je vyvinuta. Existuje mnoho způsobů, jak to zajistit (Akbari et al., 2015). Jednou z cest je geneticky oddělit konstrukty poté, co dojde k úpravám. Dalším způsobem je použít editaci genomu bez DNA nebo transgenu (Woo et al., 2015), ve které jsou do rostliny za účelem úpravy genu zavedeny pouze proteiny a RNA.

Vlastnosti zahrnující zisk versus ztráta funkce

Většina komerčně pěstovaných plodin GE má rysy zisku, jako je odolnost vůči herbicidům nebo odolnost vůči hmyzu. Teprve nedávno byly vlastnosti ztráty funkce připraveny pro komerční prodej v plodinách GE. Příkladem je nezralé jablko (viz kapitoly 3 a 8). Kapitola 8 popisuje řadu komplexních rysů, které byly ve fázi výzkumu, když výbor psal svou zprávu, mnoho z nich (jako je účinnost využívání vody, fixace dusíku a zvýšená účinnost fixace uhlíku) vykazují zisk funkce nebo možná kombinace zisku funkce se ztrátou funkce a pravděpodobně bude zahrnovat zavedení více genů (rámeček 7-2).

BOX 7-2

Pšenice odolná vůči chorobám úpravou genomu.

Vzhledem k času a nákladům spojeným s regulačním procesem, omezeními duševního vlastnictví a spotřebitelskou pohotovostí (viz kapitola 6) se některé firmy a organizace snaží vyvinout požadované vlastnosti bez přístupů genetického inženýrství. Znaky ztráty funkce, zvláště pokud musí být deaktivován pouze jeden gen, lze snadno získat přístupem mutageneze bez použití GE, protože náhodné změny v sekvenci DNA pravděpodobně naruší, než aby zlepšily funkci proteinu. Na druhém konci spektra mohou být vlastnosti, které vyžadují zavedení nových genů nebo snad komplexní přesměrování genové exprese do různých typů tkání nebo buněk, dosažitelné pouze pomocí přístupů genetického inženýrství.

Zvažte následující teoretický příklad, který si klade za cíl snížit koncentraci toxické sloučeniny v listech potenciálně nové plodiny. Veškerá dostupná zárodečná plazma rostliny obsahuje toxickou sloučeninu v nepřijatelných koncentracích. Studie typu proof-of-concept by mohly nejprve prozkoumat účinnost downregulování cílového genu zodpovědného za syntézu toxické sloučeniny pomocí RNAi nebo vyřazením pomocí CRISPR/Cas 9 nebo TALEN. Jakmile je cíl identifikován, mohl by být použit přístup, který nezahrnuje genetické inženýrství, jako je cílení na indukované lokální léze v genomech (TILLING). TILLING se spoléhá na počáteční chemickou mutagenezi populace rostlin s následnou molekulární identifikací požadované mutantní alely a následným křížením za účelem získání rostlin homozygotních v této alele (Henikoff et al., 2004). Nevyžaduje, aby cílová rostlina byla geneticky transformovatelná. Přestože je zřízení počáteční populace mutantů TILLING nákladné a stanovení požadované alely může být u polyploidních druhů s křížením složité, může být tento přístup nákladově efektivní, pokud se u stejného druhu hledá více znaků. Populace TILLING jsou již několik let k dispozici pro mnoho plodin a modelových druhů (Perry et al., 2003 Comis, 2005 Weil, 2009) a používají se v zemědělské biotechnologii (Comis, 2005 Slade a Knauf, 2005). Není však jasné, že znaky vytvořené společností TILLING by představovaly menší riziko nezamýšlených účinků na životní prostředí nebo bezpečnost potravin než ty, které zavedly přístupy genetického inženýrství, jako je úprava RNAi a genomu. Chemická mutageneze použitá v TILLING zavádí náhodné mutace do genomu rostliny, ačkoli většinu mutací lze odstranit zpětným křížením u většiny plodin, výsledná modifikovaná plodina může mít více neznámých změn, než stejná změna v cílovém požadovaném genu přinesla pomocí CRISPR/Cas 9 (ačkoli somaclonální variace nebude problém, protože TILLING nevyžaduje krok tkáňové kultury).

Existují jak konvenční šlechtitelské, tak genetické inženýrské přístupy pro výběr rysů zisku funkce, jako je zvýšení množství prospěšné složky (například živiny nebo užitečné farmaceutické sloučeniny). Pokud je u druhu přítomna dostatečná přirozená variabilita, lze šlechtění pro vyšší produkci pokročit pomocí přístupů založených na markerech nebo genomice a vývoje vylepšené odrůdy prostřednictvím introgrese asistované markerem. Dobrým příkladem tohoto přístupu je zvýšení produkce antimalarické sloučeniny artemisininu v pelyňku (Graham et al., 2010). Pokud není přítomna přirozená variabilita, jako je tomu v případě pokusu zavést kondenzované třísloviny do listů za účelem zlepšení kvality píce v vojtěšce (Lees, 1992), může být jedinou dostupnou možností přístup genetického inženýrství. Teoreticky může být možné zavést znak zesílení funkce pomocí TILLING, pokud ne, může být tento znak zaveden nadměrnou expresí klíčového, rychlost omezujícího biosyntetického enzymu nebo jednoho nebo více pozitivně regulujících transkripčních faktorů. Příklady těchto přístupů jsou uvedeny v kapitole 8.

Úpravy lokusů kvantitativních vlastností

Ne každý znak je řízen jediným genem. Mnoho agronomických znaků je komplexními znaky a jsou řízeny více genetickými lokusy, které přispívají k celkové variabilitě fenotypu, přičemž více genů zapojených do komplexních znaků je známo jako kvantitativní lokusy znaků (QTL). Vědci identifikovali řadu QTL pro různé agronomické a kvalitní vlastnosti široké škály druhů plodin. Na základě vysoké míry koheritance (vazby) se specifickými sekvencemi DNA lze z konvenčního šlechtění vybrat konkrétní potomstvo, aby se vytvořily kombinace QTL, u nichž se očekává, že budou dobře fungovat. Mohou být testovány experimenty v terénu.

Použití výběru QTL má omezení a překážky. Za prvé, u řady plodin je zpětné křížení obtížné nebo nemožné kvůli nízké sexuální plodnosti, dlouhým reprodukčním cyklům, depresi inbreedingu nebo jejich kombinaci. Za druhé, žádoucí QTL může být úzce spojena (koheritována) s geny, které nepříznivě ovlivňují další důležité vlastnosti, tj. “linkage drag ” to je běžné mezi geny v oblastech s nízkou rekombinací chromozomů a když je žádoucí QTL nalezen v divoké kultuře příbuzní, jejichž genomy jsou méně náchylné k rekombinaci s genomem plodiny. Za třetí, je nutné vyvinout značné úsilí k zavedení konkrétního QTL do všech rostlin zájmu. Musí být provedeno více zpětných křížení, aby se odstranily nesouvislé introgresní události, což je nákladné z hlediska rostoucí populace ve skleníku nebo na poli pro více generací. Úpravy genomu QTL tedy poskytují alternativní přístup k vývoji elitních odrůd u druhů, jejichž šlechtitelské cykly představují logistické výzvy.

V případě, že jsou známy specifické nukleotidy, které řídí QTL, lze úpravu genomu použít k modifikaci nukleotidů v QTL na příznivé alely. Ne všechny QTL byly definovány na úrovni genů nebo alel pro většinu QTL, jako QTL byla definována pouze lokalizovaná oblast genomu. Oblast genomu by proto mohla být nahrazena použitím technologií pro úpravu genomu, ačkoli současné metody jsou neúčinné a omezení délky DNA, které lze upravit, zatím nejsou známa.

ZJIŠTĚNÍ: Metody úpravy genomu mohou doplňovat a rozšiřovat současné metody genetického zlepšování úpravou složení a exprese genů a zacílením inzertních událostí.

ZJIŠTĚNÍ: Současné metody úpravy genomu a činidla se rychle zlepšují v přesnosti a účinnosti.


ZMĚNA KLIMATU: POHLED NA 50 LET Z POHLEDU NA ROSTLINU

Za posledních 250 let atmosférický [CO2] vzrostl z 280 μmol mol −1 až 381 μmol mol −1. To překračuje [CO2] kdykoli za posledních 650 000 let a pravděpodobně za posledních 23 milionů let (IPCC, 2007). Atmosférický [CO2] se předpokládá, že bude nadále stoupat nejméně na 550 μmol mol −1 do roku 2050 (IPCC, 2007). Rostoucí koncentrace CO2 a další skleníkové plyny způsobily od roku 1800 zvýšení globální povrchové teploty o 0,76 ° C a předpovídá se, že průměrná globální povrchová teplota se do roku 2050 zvýší o dalších 1,3 ° C až 1,8 ° C (IPCC, 2007). Očekává se, že oteplování nad pevninou bude větší než tento průměr, a je velmi pravděpodobné, že vlny veder budou intenzivnější, častější a déle trvající. Předpokládá se, že denní minimální teploty porostou rychleji než denní maximální teploty. Počet mrazových dnů se sníží a ve středních až vysokých zeměpisných šířkách je pravděpodobné prodloužení vegetačního období (IPCC, 2007).

Oteplení obecně zvýší odpařování, úhrn srážek a prostorovou variabilitu srážek, což povede k menšímu množství srážek v tropech a více srážek ve vyšších zeměpisných šířkách. Prostorové a časové hranice mezi oblastmi předpokládaných rostoucích a klesajících srážek jsou však nejisté. V globálním měřítku se předpokládá zvýšení intenzity srážkových událostí, a to i v oblastech s průměrným snížením srážek, a také se předpokládá zvýšení času mezi srážkovými událostmi, čímž se zvýší jak riziko záplav, tak sucha (IPCC, 2007).

Na rozdíl od [CO2], troposférický [O3] je prostorově a časově heterogenní, protože O3 je krátkodobý a jeho syntéza je vázána na hojnost jeho prekurzorů znečišťujících látek, vodní páry a slunečního světla. V průmyslově vyspělých zemích severní polokoule denně 8 h troposférické [O3] se odhaduje, že se zvýšil z přibližně 10 nmol mol −1 před průmyslovou revolucí na současnou úroveň přibližně 60 nmol mol −1 v letních měsících, a předpovídá se, že se do roku 2050 zvýší o 20% více (IPCC, 2007). To je zvláště důležité pro zemědělství, protože citlivé plodiny vykazují snížení výnosu, jakmile [O3] delší dobu překračuje 40 nmol mol −1 (Heagle, 1989).

Změny teploty, srážek a troposféry [O3] předpokládané na rok 2050 jsou prostorově a časově proměnné, špatně omezené a vyskytující se paralelně. Tento pohyblivý a špatně definovaný cíl představuje významnou výzvu pro biotechnologický průmysl, který doufá, že poskytne kultivary přizpůsobené regionálním produkčním prostředím. Naproti tomu nárůst [CO2] je jednotný, globální a bohužel závazný. I v nepravděpodobném případě, kdy stabilizujeme CO2 emise na současných úrovních, atmosférické [CO2] bude stále & gt500 μmol mol -1 do roku 2050 (IPCC, 2007). Pokusy o inženýrství plodin tak, aby dosahovaly lepších výsledků v podmínkách rostoucího environmentálního stresu spojeného se zvýšeným O3 expozice, teplota a měnící se vzorce srážek by měly být brány v úvahu proti zpětnému poklesu zaručeného a všudypřítomného zvýšení atmosférického [CO2].


Definice ztráty po sklizni

Ztráta po sklizni může být definována jako ztráta z fáze sklizně do fáze spotřeby, která z ní vyplývá kvalitativní ztráta, kvantitativní ztráta a plýtvání potravinami (spotřebiteli) celkem.

Co je to plýtvání potravinami?

Odpad z potravin je podkategorií zahrnutou ve ztrátách po sklizni, ke kterým dochází po uvedení potravinářského výrobku na trh spotřebitelům. Lze jej tedy definovat jako plýtvání jedlými potravinami, které spotřebitelé nevyužili. Plytvání potravinami je silně spojeno s chováním spotřebitele a vyskytuje se několika způsoby, například:

  • Odmítnutí spotřebitele maloobchodníkovi při nákupu produktu.
  • Vyřazení zbytků jídla.

Co je ztráta jídla?

Ztráta potravin v řetězci po sklizni je důsledkem ztráty během fáze sklizně na marketing potravin na úrovni spotřebitelů. Vyskytuje se v důsledku jak kvalitativní, tak kvantitativní ztráty potravy.

  • Kvantitativní ztráta jídla nastává v důsledku hubnutí, rozlití plodin, mikrobiálního útoku a napadení škůdci.
  • Kvalitativní ztráta jídla nastává v důsledku ztráty živin, nežádoucích změn (v chuti a struktuře), přítomnosti exkrementů (jako ptáci a hlodavci) a kontaminace mykotoxiny.

Cíle ztrát po sklizni

Technologie po sklizni se zaměřuje na následující atributy :

  1. Údržbakvality potravin: Kvalita potravin je zachována beze změny vzhledu, struktury, hmotnosti, chuti, výživných hodnot a dalších vlastností potravin.
  2. Bezpečnost potravin: Technologie po sklizni udržuje bezpečnost potravin udržováním potravin ve správných skladovacích podmínkách, aby se zabránilo kontaminaci.
  3. Snížení ztráty potravy: Tato technika se také zaměřuje na snížení ztráty potravin mezi obdobím sklizně a spotřeby zlepšením sklizně, skladování, přepravních zařízení a marketingových politik.
  4. Sníženípotravinového odpadu: Rovněž minimalizuje plýtvání potravinami na úrovni spotřebitelů zlepšením marketingových dovedností a správné distribuce produktu.
  5. Efektivnířízení posklizňových ztrát.
  6. Povýšení: Zahrnuje podporu malé i velké produkce plodin.

Ovlivňující faktory

Existuje několik primárních a sekundárních faktorů, které ovlivňují úrodu potravin po sklizni.

Primární faktory

  1. Mechanická ztráta is caused by poor handling from the stage of harvesting to storage.
  2. Microbial action is caused by microorganisms like bacteria, fungi, and yeasts etc., which readily affects the perishable food crops like fruits and vegetables.
  3. Environmental factors like temperature and humidity are the two important factors primarily responsible for the post-harvest losses.

Secondary Factors

  1. Inadequate harvesting methods
  2. Incomplete drying before threshing
  3. Inadequate storage facilities
  4. Longer shipment
  5. Longer distribution period
  6. Lack of market access and policies

Potato crop response to radiation and daylength

17.1.2 Measurement of radiation interception

Solar radiation intercepted by green leaves is used for dry matter production. As explained in the introduction, photosynthetically active radiation (PAR) is only about half of the incident solar energy. Several methods exist to assess the proportion of solar radiation that is intercepted by the crop.

Figure 17.4 represents two courses in the development of ground cover and, hence, radiation interception. One where full ground cover is achieved and sustained and one where the crop does not achieve 100% ground cover. Proper measurement of radiation interception by the canopy is essential for interpretation of the influence of the environment on the crop, although measurement of ground cover by the canopy provides an approximation. Simulation of the effects of the environment on crop growth and development hinges on good estimates of both incident and intercepted solar radiation.

Fig. 17.4 . The development of the fraction of the ground covered with green leaves (Ft) with thermal time during the growing season where the crop reaches full ground cover (a) and where it does not (b). R.0 indicates the relative rate of increase in light interception, M the maximum ground cover and t50 the thermal time when the ground cover is reduced to 50% of full ground cover ( Kooman, 1995 ).

An appropriate estimate of the proportion of PAR that is intercepted by the foliage can be made using tube solarimeters above and below the canopy with a length equal to the distance between the rows of the crop so as to sample all parts of the row equally. Tube solarimeters measure total solar radiation, and so, an assumption is made that any changes in the spectral composition above and below the canopy are non-significant. Other instruments (e.g. Ceptometer) are available that will measure PAR rather than total solar radiation, but these are more expensive and tend to be used as portable devices to make spot measurements across a crop. Using the cheaper tube solarimeters in permanent locations allows measurements to be integrated across the whole day.

The proportion of the ground covered by green leaves can provide an acceptable estimate of intercepted radiation. Proportional ground cover (PGC) can be estimated using a grid divided in 100 equal sections viewed directly from above ( Burstall and Harris, 1983 ). The dimensions of the frame should be a multiple of the planting pattern. When rows are 75 cm apart and plants are spaced at 30 cm within the row, a frame of 75 x 90 cm is appropriate. A measurement consists of counting the sections more than half filled with green leaves.

Measurements of the amount of incoming infrared radiation reflected by the canopy have been found to correlate well with the PGC ( Birnie et al., 1987 ), offering a third non-destructive estimate. A radiometer may be multispectral, but for estimating canopy cover, the radiometer is fitted with filters allowing wavelengths between 836 and 846 nm to pass. The hemispherical irradiance and the crop reflectance are measured nearly simultaneously. The downward angle of view of the system is such that the estimate is based on about 1 m 2 of the canopy.

Light entering at the top of the canopy is extinguished with different extinction coefficients of the several radiation components (e.g. Spitters et al., 1986 Monteith, 2000 ). The light profile within the canopy can be characterized experimentally by destructive means in which light is measured above and below the canopy, and the leaf area is determined by detaching leaves and determining their area with a commercially available leaf area meter. The proportion of PAR intercepted is calculated as PPAR = 1 – e −kL kde L stands for LAI and k for the extinction coefficient that, typically, has a value of about 0.4 ( Khurana and McLaren, 1982 Burstall and Harris, 1983 Haverkort et al., 1991 ).

Haverkort et al. (1991) compared PGC measured with the grid, LAI and infrared reflectance. They found highly significant correlations between the various methods ( Fig. 17.5 ). The authors found that a disadvantage of the solarimeter is that it does not distinguish between green leaves and brown leaves and stems. The method tends to overestimate intercepted radiation in the second half of the growing season. The relationship between PGC measured with the grid and LAI was linear up to LAI = 3 after which full ground cover was reached.

Fig. 17.5 . Relationship between proportion ground cover with green leaves observed with the grid (Pgc) and the proportion of infrared reflected by the crop (Pir). Arrows indicate the course of time from emergence until crop senescence

(redrawn from Haverkort et al., 1991 ).


Do GMO crops “foster monocultures?”

by Guest Expert 8 August 2014

Corn harvest, from United Soybean Board
Do GMO crops “foster monoculture?” This is a frequent criticism of modern agriculture. I have three problems with it:

  1. “Monoculture” isn’t the right term to use to describe the relevant issues – its really about a limited crop rotation
  2. History and economics are the drivers behind this phenomenon, not crop biotechnology
  3. The solutions – to the extent that they are needed – are not what most critics seem to imagine

The Corn Belt of the Midwestern US, is a multi-million acre farming region almost entirely dominated by just two crops – corn and soybeans. This phenomenon is often termed “monoculture,” but monoculture is merely the practical approach of growing a single crop in a given field. The opposite of monoculture is “polyculture” and it is entirely impractical for even minimally mechanized farming.
The Corn Belt is more accurately described as an example of a “limited crop rotation.” The typical pattern is an alternation between corn and soybeans in each field. There are also some fields where the growers plant continuous corn or continuous soybeans. There are many reasons that a more “diverse crop rotation” could be a good idea. Mixing up crop types over time can help build soil quality because of different rooting patterns or residue characteristics. Some plant pests can be more easily managed if their life cycles are disrupted by cropping changes. All of this is well known, but for a variety of reasons that I’ll discuss below, the less diverse rotation persists.
Corn and soybeans happen to be crops which involve widespread use of biotech crop options, but there are many other farming areas with a narrow crop rotation where “GMO” options have never been available. There are areas in Northern Europe where “continuous wheat” is the norm and many premium wine regions where essentially only grapes are grown. If farmers somewhere are not using a diverse crop rotation – there is a rational explanation involving history, economics, and risk management.

The Heart of the Corn Belt


Let’s start by looking at Iowa, which sits in the very heart of the “Corn Belt.” As you can see from the graph to the left, corn has been the dominant Iowa crop for a very long time, because Iowa is just about the ideal place to grow that crop. Most farmland in that part of the Midwest is “rain-fed” rather than irrigated. The amount of rain that typically falls in Iowa is sufficient to produce a good corn crop without limiting yield by the number of cloudy days.
The rainfall in Central Iowa is usually “just right” for corn
The growing season is long enough and warm enough, but usually does not involve the yield-limiting heat that is typical further south. Corn is heavily planted because it typically returns the highest net profit with the least risk. The income potential from corn is what drives the cost of land for purchase or rent. As the farming population shrank and farm size increased over the last century, the remaining growers have expanded somewhat through land purchases, and more commonly through rentals. For a farmer to keep up with a mortgage or lease typically requires growing a lot of corn.
Back in the 1930s, the main crop that was rotated with corn was oats – ironically much of that to be used as a “transportation biofuel” for horses. Starting in the 1940s, soybeans began to evolve into the favored rotational crop – mostly as an animal feed with a co-product of oil for human consumption. Soybeans have much lower yield than corn, but they are able to generate their own nitrogen fertilizer (with microbial help) and don’t require many other inputs. Thus, soy has also been a reliable way to generate enough profit to cover land and operating costs. All other crops have only ever had niche status in Iowa. When biotech crops arrived they were simply sold into that pre-existing market.

Illinois and Indiana have also been mostly two crop states ever since soybeans filled in for declining oat demand in the 50s and 60s. There has always been a small, but significant wheat sector in both of these states, part of a “double cropping” system in which corn is followed by winter wheat and then soy, producing three cash crop harvests in two years. Indiana now has a small alfalfa segment – a case of crop diversification “fostered by a GMO crop.”

The Northern Edge of the Corn Belt – Minnesota and North Dakota


Minnesota had a more diverse agriculture than its neighbors to the south, but like them, it replaced oats with soybeans long before the biotech era. The expansion of soybeans has continued in the biotech era, partially because of the attractiveness of Roundup Ready Soy, but also because cultivars better adapted to colder springs have also been introduced through conventional breeding. Barley, rye and flax have declined in the biotech era as has wheat to some degree.

The recent decline of wheat is even more pronounced in North Dakota as it went from approximately 50% of all plantings to about 30%. As in Minnesota, the rapid increase in soybeans came from a combination of more cold tolerant lines and the herbicide tolerance trait. Corn plantings have also increased in the biotech era. For both crops the expansion is mostly in the wetter Red River Valley portion of the state. The expansion of corn and soy at the expense of cereals like wheat, barley and rye may seem like a case where biotech is reducing rotational diversity, but the story is a bit more complex.
There is a disease of wheat and barley called Fusarium Head Blight, which has been an increasing issue in all five of these states since the 1980s (and again in 2014). Corn, and particularly the crop residue in no-till corn, serves as a source of spores which can then infect the wheat or barley during their bloom period. Head blight is difficult to control and it can lead to significant yield losses. Infection can also lead to contamination of the grain with a mycotoxin called DON– or more colorfully, “vomitoxin.” Throughout the Midwest, wheat does not tend to have as much profit potential as corn or soy even in good years, but the risk of severe yield or quality loss from Head Blight is really what makes wheat much less attractive. Biotech had the potential to help wheat keep a place in the Corn Belt rotation, but that solution was thwarted by anti-GMO campaigning.
Fusarium infected wheat (right), from Wikipedia
There was a “GMO wheat” in advanced development around 2002 which was much more resistant to Fusarium Head Scab. This product had the potential to reduce the risk of growing wheat, both in the historic wheat growing states like ND and MN, but also in the “I States.” Unfortunately, the trait was never commercialized. Major wheat importing companies in Europe and Japan put pressure on the US and Canadian wheat grower organizations, threatening to boycott all North American wheat if any biotech wheat was commercialized. This was not because of any safety concern, but rather the fact that food companies in those countries didn’t want to have to label wheat-based products as “GMO.” Reluctantly the growers asked Syngenta to stop the development of their disease resistant wheat. Ironically, this is a case where a GMO opposition “fostered monoculture,” when biotechnology could have enhanced rotational diversity. The wheat growers of the US, Canada and Australia have pledged to do a simultaneous release of biotech wheat in the future so that they can avoid this sort of extra-regulatory blockage.

How Could The Corn Belt Rotation Be Diversified?

First of all, the corn/soy rotation in the corn belt is a highly successful production system. It also includes enough genetic diversity within those species to continue to perform. That said, some additional diversity would be a good thing. Scab-resistant wheat would both reduce risk and increase private investment in that very important and highly traded crop while simultaneously diversifying the rotation. Another excellent way to get the soil quality benefits of rotation is to add a winter cover crop (see Midwest Cover Crops Council). It is actually best for the soil to have something growing as much of the year as possible, and cover crops can also include a legume to make nitrogen for the next season or a grass to scavenge any excess fertilizer when that is an issue.
Probably the best way to facilitate more rotational diversity would be through education of the absentee landlord community. Much of the land in the Midwest is held in trusts for the families who have long since migrated to the cities. Typically all they do is collect the rent checks through a farm management company. If those families could be educated about sustainable cropping practices, they might be willing to engage in re-designed leases designed around medium to long-term economics rather than the typical annual, cash lease. What is needed is a way to give the grower/renters the incentive to implement the practices that might not optimize income for each year, but which lead to improved soil quality over time which in turn leads to higher income potential and more protection from drought (e.g. no-till, cover cropping, controlled wheel traffic and more diverse rotations). The very real benefits of such a system would flow to the land-owner – increasing the value of the asset. It would be far more constructive to find creative ways to share that value between farmers and landowners rather than to worry about “monocultures.”
Planting graphs based on data from USDA-NASS Quick Stats
Rainfall distribution graph based on NOAA National Climatic Data Center information

Napsal host expert

Steve Savage pracuje s různými aspekty zemědělské technologie více než 35 let. Má doktorát z rostlinné patologie a jeho pestrá kariéra zahrnovala Colorado State University, DuPont a start-up biologické kontroly, Mycogen. Je nezávislým konzultantem, který pracuje s nejrůznějšími klienty na tématech, jako je biologická kontrola, biotechnologie, chemikálie na ochranu plodin a další. Steve píše a hovoří o potravinách a zemědělství (blog Applied Mythology) a dvakrát týdně podcast s názvem POPAgriculture pro CropLife Foundation.


Podívejte se na video: Život je věda: výzkum rostlin (Listopad 2021).