Спецсорт карликовых томатов для вертикального земледелия увеличил выход урожая на 180 процентов
Вертикальное фермерство — это именно то, как называется: производство растениеводческой на вертикальных поверхностях, а не традиционное горизонтальное сельское хозяйство. Используя вертикально уложенные слои, фермеры могут производить продукты в зданиях, на складах или в грузовых контейнерах. Вертикальное земледелие позиционируется как часть решения глобальных проблем, таких как урбанизация, продовольственная безопасность и изменение климата. Однако его широкое распространение сдерживается высокими затратами, значительными энергозатратами и, следовательно, низкой эффективностью производства. Ограниченный спектр экономически жизнеспособных культур еще больше усугубляет эти проблемы. Но исследователи ведут селекцию спецкультур для этого подхода и добиваются прорывного успеха с томатом.
эксклюзив 🔹
Исследовательская группа под руководством профессора Сюй Цао из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук в сотрудничестве с командой профессора Чэнь Фаня из Национальной лаборатории Ячжоувань успешно вывела сорт томатов, оптимизированный для вертикального земледелия, что значительно повысило эффективность производства в этих системах.
Результаты их исследований, опубликованные в журнале Journal of Integrative Plant Biology, демонстрируют, как интеграция гомологов генов «зеленой революции» с генами антифлоригена посредством редактирования генома может устранить давние препятствия на пути масштабирования вертикального сельского хозяйства.
Вертикальное фермерство, также известное как системы фабрик растений, сочетает в себе контролируемую среду сельского хозяйства с методами вертикального выращивания, чтобы обеспечить высокоурожайное промышленное производство сельскохозяйственных культур.
Однако эта модель сталкивается со значительными проблемами, включая чрезмерные потребности в энергии и ограниченную доступность сортов сельскохозяйственных культур, оптимизированных для выращивания в закрытых помещениях, что препятствует промышленному расширению систем фабрик растений.
Защищая от климатических колебаний, поддерживая децентрализованное производство продовольствия и предлагая модульное развертывание для реагирования на чрезвычайные ситуации , вертикальное фермерство имеет стратегический потенциал для обеспечения продовольственной безопасности в 21 веке.
Несмотря на обещания, широкомасштабному развертыванию мешают два основных препятствия: высокое потребление энергии и нехватка сортов сельскохозяйственных культур, пригодных для выращивания в закрытых помещениях с экономией пространства.
Большинство традиционных культур, особенно плодоносящие овощи семейства пасленовых, такие как томаты, огурцы и перец, имеют сложные закономерности роста и длительные циклы сбора урожая, что делает их плохо приспособленными к ограниченным условиям земледелия с высокой плотностью посадки.
В результате вертикальные фермы в основном сосредоточены на выращивании быстрорастущей компактной листовой зелени.
Чтобы решить эту проблему, команда профессора Сюй Цао объединила гомологи генов Green Revolution GA20ox с генами антифлоригена SP и SP5G, успешно создав молекулярный модуль, призванный произвести революцию в вертикальном земледелии.
Выключение гена томата SlGA20ox1 приводит к перспективной архитектуре растения, подходящей для вертикального земледелия, характеризующейся короткими стеблями и компактным пологом.
При выращивании на коммерческой вертикальной ферме, оснащенной многослойной светодиодной автоматизированной гидропонной системой роста, мутант slga20ox1 экономил занимаемое пространство на 75%, достигая увеличения урожайности плодов на 38-69% при высокой плотности посадки, эффективном использовании пространства и низком потреблении энергии освещения.
Объединив мутации гена SlGA20ox1 с генами SP и SP5G, ученые создали еще более компактную архитектуру растения с ускоренным цветением и синхронизированным созреванием плодов.
В коммерческих вертикальных фермах мутант sp sp5g slga20ox1 сократил занимаемую площадь на 85%, сократил цикл сбора урожая на 16% и увеличил эффективную урожайность на 180%, значительно повысив рентабельность производства.
Поскольку пути гиббереллина и флоригена сохраняются у различных культур, молекулярный модуль, разработанный в этом исследовании с целью произвести революцию в вертикальном земледелии, может быть применим для быстрой адаптации специализированных сортов других пасленовых овощей для вертикального земледелия.
В целом, данное исследование предлагает новое решение для быстрого выведения сортов овощей и фруктов, адаптированных для вертикального земледелия.
Источник: Chinese Academy of Sciences. DOI: 10.1111/jipb.13927. Автор: Чжан Наньнань. Фото: IGDB.
