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今日的農作物品種選育,需因應未來不確定的氣候提前做準備

2017/08/14 @國際

今日的農作物品種選育,需因應未來不確定的氣候提前做準備

 

多變的極端氣候為加州農作物種植帶來極大的挑戰,同時加州大學戴維斯分校(UC Davis)植物栽培中心主任亦表示:「由於我們的氣候型態正在快速改變,並影響了土壤組成、雜草、病害和蟲害等所有事情,為因應這情況通常需要花上十年來選育一個新的農作物品種,因此我們必須非常快速地推斷未來將會帶來什麼情況。」

而加大戴維斯分校種籽生物科技中心研究主任表示:「昆蟲及其傳播的病毒正威脅著加州和其他地區的蔬菜作物,以蚜蟲來說其大約四到六周的熱量即可產生下一代的蚜蟲並破壞整個農作物,也由於區域性的氣候極端變動比起長期的氣候變化帶給育種人員更大的挑戰,氣候溫度越變越熱以及更長的乾旱與水患發生等將會是我們未來難以掌握的部分。」

因此加州大學戴維斯分校的育種人員和工程師們,正藉由先進的基因遺傳策略、開發機器人傳感器來測量植物表現的性狀及訓練下一代植物育種人員,以協助農作物逐步跟上不斷變化的氣候。

時間推移演化

加大戴維斯分校之育種人員亦幫助選育加州各種環境裡常年生長的將近400種水果、蔬菜、堅果、穀物和觀賞植物之新品種或多樣化種類的發展,以創造一個具優勢的品種,而研究人員將所需具有之植物性狀的植物進行雜交,並在多樣化的衍生世代中選擇的最好的後代,同時也因為DNA定序技術的迅速進步以及具有能夠分析大量基因遺傳數據的電腦設備,使得育種已變得比以往更加快速且聰明。

一些植物性狀像是風味和尺寸,是由許多共同作用的基因所決定的,其他的特性,如對病害的抵抗,則可能是受某個單一基因調節控制,研究員現在可以在分子階段即會識別其基因會影響哪些性狀,比起之前等待植物成熟後才出現的表現性狀還來得快速,因此育種人員可以在種子階段或植物幼苗DNA定序的方式選擇植物,以縮短開發可因應病害之抵抗農作物的選育時間。

下個新領域:快速表現型

基因體學只是加速育種工作的其中一個部分,育種人員仍是需要知道其表現形態,雖然分子工具幫助找到了一些與表現性狀相關的基因,但在表現型分析與特徵測量方面仍是育種發展過程中的瓶頸,與之相對應的解決方式則是以新的智慧型機器與感測器為基礎的技術,使得植物和土地之大量資料數字能夠自動化地進行測量並蒐集,因此加大戴維斯分校一名生物與農業工程系的教授發展了一套具有高科技相機之快速監測表現型系統,以創建每株植物在田間生長的3D虛擬模型,並能夠測量數種關鍵的構成要素,像是植物結構和體積、葉子面積和數量以及葉面溫度,這會幫助育種人員判斷其生長型態和植物是否處於高溫或水分的緊迫壓力之下,此拖曳拉動系統現行可達到每秒測量三株植物或每小時10,800株植物。

感測器技術也可以提供大局觀的數據,讓育種人員可以在一個不確定的未來情況下選育所需且能夠茁壯生長之農作物,為此需要進行表現型與基因型之分析與研究,並且藉由農作物管理策略將其結合在一起,以找出新品種之最佳化種植條件,使得我們現今能將新的品種作物種值得更有效率且迅速,同時促使其生產量能在未來的生產環境中表現良好。

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