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气候变化与咖啡:通过核技术抗击咖啡锈

病虫防治 突变育种 辐照育种 核技术
发布:2020-12-22 15:08:09     来源:IAEA

在葡萄牙的CIFC上,咖啡叶表现出咖啡叶锈病的症状。(照片:英格尔布雷希特/国际原子能机构)

咖啡行业每年产生约1000亿美元的收入。但是随着气候变化和随之而来的气候模式的变化,许多传统种植地区曾经适合咖啡种植的条件正在恶化。此外,咖啡叶锈病(一种杀死咖啡树的疾病)的发病率正在上升。

原子能机构与联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作,一直在与国家专家合作,以利用核技术减轻咖啡树上的咖啡因锈蚀的压力。对国际原子能机构而言,这是第一次培训专家使用植物育种技术来开发对引起咖啡因锈蚀的真菌具有抗性的咖啡品种。这项培训是为期五年的协调研究项目的一部分,来自六个国家的科学家正在对抗病咖啡植物品种进行研究。

“种植者一直注意到气候变化对他们的咖啡作物的影响,导致收成下降,而且许多咖啡生产地区正在经历的降雨不稳定,这有利于疾病的传播,”粮农组织/国际原子能机构粮食和农业核技术联合处植物育种和遗传实验室。“阿拉比卡咖啡通常是在凉爽的气候下,在阴影地区的山坡上种植的,但是现在我们看到温度随着您上山而升高,这对诸如铁锈病等疾病的传播产生了影响。”

在哥斯达黎加种植咖啡

在哥斯达黎加,大多数咖啡种植园都坐落在中小片土地上。这些家庭经营的农场通常依靠季节性工人手工采摘咖啡豆。这个过程是及时而密集的,在收获季节需要多达14000名来自哥斯达黎加和巴拿马的工人。

但是,随着气候变化加剧不适合咖啡植物的天气状况,季节性工作机会减少,影响了人们的生活。还发现降雨模式的变化和温度的升高缩短了带有叶锈病的咖啡植物成为传染性植物的时间,从而增加了感染率和传播速度。

哥斯达黎加咖啡研究所(ICAFE)与原子能机构和粮农组织合作,一直在研究全国范围内的咖啡叶锈病的影响及其管理方法。自2010年以来的记录显示温度升高和降雨方式变化,咖啡种植者发现他们无法在平时收割庄稼。

生产力的下降影响了种植者的收入,减少了可用于种植的资源,并使后代的农场保护面临风险。ICAFE的生物技术专家Reina Cespedes说:“这可能会影响我国未来的土地拥有模式。” “改善咖啡树的遗传学对于提高咖啡生产家庭的生活质量,保持土地所有权并促进环境可持续性至关重要。”

葡萄牙的咖啡研究

葡萄牙也参与了IAEA-FAO项目,是Coffee Rust Rust研究中心(CIFC)的所在地。CIFC对来自全球40个国家的约3600个咖啡锈样本进行了评估,科学家们在其中的23种咖啡树中鉴定出50种不同的咖啡锈。在IAEA项目中,确定了三个新的咖啡锈病病原体。对这一全球咖啡锈病的收集进行的研究将有助于鉴定各种耐咖啡锈蚀的咖啡植物-考虑到咖啡锈蚀物种的多样性,这是一项艰巨的任务。

CIFC的植物病理学家Vitor Varzea表示:“我们首先意识到天气变化对2011年咖啡种植者,病理学家和咖啡种植国家的技术公告的咖啡收成的影响。” “迫切需要找到并鉴定具有新特性的耐咖啡锈蚀的咖啡植物,然后再推广到其他国家。”

该项目对先进咖啡植物品种的研究将有可能应对气候变化带来的挑战,例如因咖啡叶锈病而引起的疾病暴发。通过在咖啡中实施植物育种技术,粮农组织/国际原子能机构以及中美洲和南美洲,中国和欧洲的研究人员正在开发抗咖啡锈病的新品种。虽然咖啡植物育种是国际原子能机构的首创,但过去十年来,植物育种技术已被用于增强全球粮食安全,在木薯,大豆,番茄和大米中发布了1000多种改良植物品种。

变异育种如何工作?

变异育种涉及使用诸如X射线或γ射线之类的核技术来诱导植物发生变化以改善作物,例如提高产量或抗病性。通过突变育种,种子或植物组织(植物的插条)会受到辐射。然后将辐照过的植物组织置于无菌培养基中生长,从而产生小植株,而辐照过的种子则直接进入下一代。检查植物/小苗的合适特性,然后进一步监控并生长两到三代,以确保它们具有理想的特性。一旦证实这一点,就可以鉴定出改良的突变系,在多种环境中进行测试,确认出改良的性能,然后作为新品种发布。

植物突变育种不涉及遗传转化,而是利用植物自身的遗传资源,模仿突变的自然过程。通过使用辐射等核技术,科学家可以大大缩短培育新的和改良的植物品种以抵抗诸如咖啡锈等疾病的时间。

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