Будущее генетически модифицированных культур и их влияние на повышение урожайности

Исследователи идентифицировали ген под названием GS3 в рисе, который контролирует длину зерна; выбрав для выгодной версии этого гена, селекционеры произвели сорта со значительно более высокими урожаями.Подобные гены нацелены на пшеницу, кукурузу и сою.

Устойчивость к изменению климата как стратегия защиты доходов

По мере того, как изменение климата усиливает экстремальные погодные условия, защита урожайности становится столь же важной, как и ее увеличение. Будущие ГМ-культуры будут спроектированы таким образом, чтобы выдерживать сочетание жары, засухи, наводнений и солености - условий, которые в настоящее время вызывают значительные потери урожая.

Терпимость к жаре и цветение

Тепловой стресс при цветении может вызвать стерильность у многих культур, резко снижая урожайность. Ученые выявляют гены, защищающие жизнеспособность пыльцы и развитие яичников при высоких температурах. Введение термостойких версий этих генов в чувствительные сорта культур может поддерживать урожайность во время тепловых волн.

Толерантность к наводнениям в Рисе

Устойчивый к погружению рис, разработанный с помощью методов селекции с помощью маркеров и ГМ, содержит ген под названием SUB1A, который позволяет растению выживать под водой в течение двух недель. Эта черта, в настоящее время широко распространенная в Южной и Юго-Восточной Азии, позволила сохранить миллионы тонн риса, которые в противном случае были бы потеряны в результате наводнений. Будущие ГМ-разновидности стремятся сочетать устойчивость к наводнениям с устойчивостью к засухе и высоким потенциалом урожайности.

Улучшение питания и биоукрепление

Повышение урожайности связано не только с количеством, но и с питательной ценностью производимых продуктов питания. Биоукрепленные ГМ-культуры устраняют дефицит микроэлементов, которые затрагивают миллиарды людей во всем мире.

Золотой рис, спроектированный для производства бета-каротина (предшественника витамина А), является хорошо известным примером. Дефицит витамина А является ведущей причиной слепоты и нарушения иммунной системы в развивающихся странах. Золотой рис обеспечивает диетический источник витамина А в регионах, где белый рис является основным продуктом. Полевые испытания показали, что Золотой рис может удовлетворить 30-50 % ежедневных потребностей в витамине А в типичной порции.

Другие биоукрепленные культуры в развитии включают в себя фасоль с высоким содержанием железа, пшеницу с обогащением цинком и кассаву с добавлением фолиевой кислоты. Эти культуры улучшают питательное качество пищи, которую люди уже едят, не требуя изменений в рационе. Урожайность этих сортов часто сопоставима с обычными аналогами, что означает, что питательная прибыль не достигается за счет производительности.

Решение проблем и проблем

Несмотря на явные преимущества, ГМ-культуры сталкиваются с постоянными проблемами, связанными с регулированием, общественным восприятием и экологическим риском. Будущее ГМ-технологий зависит от ответственного решения этих проблем.

Нормативно-правовые рамки

Процесс утверждения ГМ-культур широко варьируется в зависимости от страны. В США такие агентства, как USDA, FDA и EPA, оценивают ГМ-культуры на основе их безопасности и воздействия на окружающую среду. Европейский союз, напротив, имеет один из самых строгих режимов регулирования, что значительно замедлило принятие. Развивающимся странам часто не хватает регулирующей инфраструктуры для эффективной оценки ГМ-культур, задерживая доступ к полезным технологиям.

Гармонизация этих рамок при сохранении стандартов безопасности является приоритетом для глобальной продовольственной безопасности.Картахенский протокол по биобезопасности обеспечивает международную основу для безопасного обращения с ГМ-организмами, но реализация на национальном уровне остается неравномерной.

Генный поток и биоразнообразие

Одной из наиболее цитируемых проблем ГМ-культур является возможность распространения трансгенов среди диких родственников через поток пыльцы. Это может создать устойчивые к гербицидам сорняки или нарушить естественные экосистемы. Чтобы смягчить этот риск, исследователи разрабатывают стратегии биологической сдерживания, включая мужскую стерильность и трансформацию хлоропластов (что предотвращает перенос пыльцы модифицированного гена). Эти технологии все еще совершенствуются, но они обещают решить ключевую экологическую проблему.

Общественное восприятие и маркировка

Потребительское принятие ГМ-культур варьируется в глобальном масштабе. Некоторые потребители требуют маркировки ГМ-продуктов, в то время как другие избегают их вообще. Ясная, научно обоснованная коммуникация о преимуществах и рисках ГМ-культур имеет важное значение. Сам термин «генетически модифицированный» несет в себе различные коннотации в разных культурах, и дискуссии часто сосредоточены на корпоративном контроле семян или сельскохозяйственной монополизации больше, чем на научных достоинствах технологии.

Когда фермеры и потребители видят преимущества в своих собственных сообществах, такие как снижение воздействия пестицидов, более высокие доходы или лучшее питание, принятие имеет тенденцию к росту.

Роль интеллектуальной собственности и доступа

Многие ГМ-технологии разрабатываются и патентуются частными корпорациями, что ставит вопросы о доступе мелких фермеров в развивающиеся страны.Стоимость запатентованных семян может быть непомерно высокой, а ограничения интеллектуальной собственности могут препятствовать инновациям исследователей государственного сектора.

Для решения этой проблемы было разработано несколько моделей. Африканский фонд сельскохозяйственных технологий (AATF) содействует государственно-частному партнерству в области доставки ГМ-культур, адаптированных к африканским системам ведения сельского хозяйства. Инициатива по семенам из открытых источников (OSSI) направлена на сохранение семян в общественном достоянии. По мере развития ГМ-технологий расширение доступа к этим инструментам для мелких фермеров будет иметь решающее значение для достижения глобальных целей повышения урожайности.

Доходы и средства к существованию фермеров

Многочисленные исследования воздействия подтверждают, что внедрение ГМ-культур увеличило доходы фермеров как в развитых, так и в развивающихся странах. Снижение затрат на пестициды, более высокая урожайность и экономия времени от более простого управления сорняками способствуют более высокой чистой прибыли. В таких странах, как Индия, Китай и Южная Африка, мелкие фермеры, выращивающие Bt-хлопок, сообщили о росте прибыли на 30-100% по сравнению с обычным хлопком.

Эти экономические выгоды особенно важны для женщин-фермеров, которые часто имеют ограниченный доступ к трудосберегающим технологиям. ГМ-культуры, которые уменьшают потребность в ручном прополке ручной мотыги, позволяют женщинам выделять время на образование, уход за семьей и другие виды деятельности, приносящие доход.

Экологические выгоды и компромиссы

ГМ-культуры имеют документально подтвержденные экологические преимущества, но они не лишены компромиссов. Использование устойчивых к гербицидам культур снизило эрозию почвы, позволив возделывать без дождевого периода, но это также способствовало эволюции устойчивых к гербицидам сорняков в некоторых регионах. Устойчивые к насекомым культуры резко сократили использование инсектицидов широкого спектра действия, принося пользу полезным насекомым и работникам ферм, но некоторые популяции насекомых развили устойчивость к Bt-токсинам.

Важнейшее значение имеют устойчивые методы управления, такие как посадка не-Bt-убежищ для замедления развития резистентности. Будущее, вероятно, будет включать в себя сложенные черты (множественные гены устойчивости к вредителям) в сочетании с интегрированными стратегиями борьбы с вредителями для поддержания эффективности этих технологий.

Углеродный след сельского хозяйства

ГМ-культуры, которые уменьшают потребность в обработке почвы и удобрениях, могут снизить углеродный след сельского хозяйства. Бездонное земледелие, поддерживаемое гербицидоустойчивыми культурами, увеличивает поглощение углерода в почве. Посевы с улучшенной эффективностью использования азота выделяют меньше выбросов закиси азота на единицу урожая. Поскольку мир стремится декарбонизировать продовольственную систему, эти атрибуты ГМ-культур станут более ценными.

Новые технологии и эволюция регулирования

Во многих странах культуры, полученные путем редактирования генов, рассматриваются иначе, чем культуры, созданные с помощью более старых трансгенных методов. Это различие основано на том факте, что редактирование генов может производить изменения, идентичные тем, которые происходят естественным путем или путем обычного разведения.

Япония, Аргентина, Бразилия и Австралия перешли к упорядоченным правилам для генетически модифицированных культур, которые не содержат чужеродной ДНК. Европейский суд, однако, постановил в 2018 году, что генно-редактированные культуры подчиняются тем же строгим правилам, что и трансгенные ГМ-культуры, решение, которое замедлило европейские исследования в этой области. Это нормативное расхождение означает, что будущее развертывания ГМ-культур будет определяться как политикой, так и наукой.

Оригинальное название: A Pragmatic Path Forward

Будущее генетически модифицированных культур тесно связано с проблемой кормления растущего населения на конечной планете. Данные, накопленные за три десятилетия коммерческого использования, показывают, что ГМ-культуры могут обеспечить более высокую урожайность, сократить химические поступления, улучшить средства к существованию фермеров и повысить качество питания. Следующее поколение ГМ-культур, обеспеченное точными инструментами редактирования генов, обещает сделать фотосинтез более эффективным, снизить зависимость от синтетических удобрений и защитить урожайность от климатического стресса.

Для реализации этого потенциала необходим прагматичный подход, который уравновешивает инновации с осторожностью. Регулирующие системы должны быть научно обоснованными и учитывать новые технологии. Режимы интеллектуальной собственности должны обеспечивать справедливый доступ, особенно для мелких фермеров в развивающихся странах. Для укрепления доверия и принятия обоснованных решений необходимы участие общественности и транспарентная коммуникация.

Генетически модифицированные культуры не являются серебряной пулей, но они являются мощным инструментом в более крупном наборе инструментов, который включает в себя улучшенные агрономические методы, лучшее орошение и устойчивое землепользование. Используемые ответственно, они могут помочь обеспечить, чтобы фермеры мира были оснащены для производства достаточного количества продовольствия для всех, сегодня и в будущем.