Araştırmacılar Artan Sıcaklığa Dayanıklı Mahsuller Geliştiriyor
Dünya, durmadan hızla ısınmaya devam ediyor. Devam eden bu sıcaklık artışı, özellikle zaten sıcak olan bölgelerde yetiştirilen mahsullerinin üretimi için bir felaket doğurabilir. Bugün, Illinois Üniversitesi ve ABD Tarım Bakanlığı Tarımsal Araştırma Servisi’nden yapılan araştırmalar, soya, pirinç ve buğday gibi ürünlerde yaygın olan bir fotosentetik aksaklığın düzenlenmesi ve tarla koşullarındaki bitkilerin sıcaklık stresi altında termal koruma sağlayabileceğini göstermektedir.
Essex Üniversitesi’nde öğretim görevlisi olan Amanda Cavanagh, “Büyüyen küresel nüfusu beslemek için 2050 yılına kadar mahsul üretimimizi iki katına çıkarmamız gerekiyor ancak bu gıda artışını gerçekleştirebileceğimiz bir yol izlemiyoruz ve bununla beraber iklim değişikliğinin de işleri daha da karmaşık hale getirdiğini unutmamız gerekiyor.” Diyor.
Yapılan bu araştırma; Bill & Melinda Gates Vakfı, Gıda & Tarım Araştırmaları Vakfı, Birleşik Krallık Dışişleri Bakanlığı, Milletler Topluluğu ve Kalkınma Ofis’nin desteğiyle; güneş enerjisini daha verimli bir şekilde yiyeceğe dönüştüren tarım mahsullerinin geliştirilerek küresel gıda üretimini artırmayı amaçlayan uluslararası bir araştırma projesi olan Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) projesinin bir parçasıdır.
Tüm bitkilerin güneş ışığını enerjiye ve ürüne dönüştürmek için kullandığı doğal bir süreç olan fotosentez; karbondioksitin şekere dönüştürülmesinde yer alam Rubisco enzimine dayanır. Bitkiler bu enerjiden ürüne olan süreçle tüm dünyayı besler. Bu sentez zinciri sırasında, oksijen zenginliği oluşur ancak bu zenginlik Rubisco’nun işini zorlaştırır. Aslında Rubisco enzimi karbondioksit ile etkileşime girer lakin oksijenin gereğinden fazla olması bitkinin kullanması gereken karbondioksit miktarının %20 kadarında oksijen kullanmasına sebep olur. Bitkinin karbondioksit yerine oksijen yakalaması enerji açısından pahalı bir geri dönüşüm süreci ile sonuçlanır bu olay fotorespirasyon olarak adlandırılır. Bitkilere yönelik elde edilen bu bulgular aynı grubun daha önce yapmış oldukları araştırmalarda da detaylandırılmıştır. Mevcut koşullarda, fotorespirasyonun sebep olduğu verimsizlik, buğday gibi önemli bir tahılın verimini yaklaşık %36 oranında azaltabilmektedir. Bu tarz enerji kayıplarını içeren üretim, milyonlarca insanı besleyemeye yetecek 148 trilyon kaloriye (buğday ve soyada) eşittir.
Cavanagh, “Sıcaklık yükseldikçe, Rubisco’nun karbondioksit ve oksijen arasında ayrım yapmakta zorlandığını ve dolayısıyla foto solunum oranlarının arttığını biliyoruz. Bu nedenle daha yüksek sıcaklıklardan kaynaklanan verim kayıplarını; fotorespirasyonu manipüle etmenin ekinlerin ısıyı almasına ve hafifletmesine yardımcı olmanın bir yolu olabileceğini düşündük.” Diyor.
Bu enerji kaybına ekonomik açıdan bakacak olursak, 2012’de Amerika Birleşik Devletleri’nin güneyinde %40-50’ye varan verim kaybının üreticilere yaklaşık 500 milyon dolara mal olduğu bildirilmiştir. Ekvator çevresindeki bölgelerde üretim yapan çiftçiler, artan sıcaklık nedeniyle daha da fazla kayıplar görebilir. Bu üretim esnasındaki verimde gerçekleşen düşüş sorununun iklim değişikliği nedeniyle dünya çapında artması bekleniyor.
RIPE araştırmacısı, Louisiana Eyalet Üniversitesi’nde yardımcı doçent ve çalışmanın ortak yazarı olan Paul South, “Araştırmada bir mühendislik yaklaşımı kullanarak, fotorespirasyon için birden fazla alternatif metabolik yol tasarladık. Bunları sahada test etmemiz, Amanda’nın projeyi önemli ölçüde ilerletmesine yol açan üretkenlik artışlarını gösterdi, bu da bizlerin tasarladığı bitkilerin aşırı sıcaklık stresine dayanabileceğini göstererek projeyi önemli ölçüde ilerletti. İklim değişikliği ve sıcaklık stres, küresel gıda arzımız üzerindeki baskısını arttırdıkça çiftçiler, güvenli ve verimli bir biçimde üretimlerini sürdürebilmek için bizim bu çalışmada kullandığımız yöntemlerle ya da sentetik biyoloji gibi farklı yaklaşımlarla üretilmiş her çözüme ihtiyaç duyacaktır.” Diyor.
Cavanagh, South’daki Plant Biotechnology Journal’da yayınlanan yakın tarihli çalışmalarında ve o zamanki danışmanları Don Ort, daha yüksek sıcaklıklara daha iyi adapte olup olmadıklarını görmek için bitkilerini daha verimli fotorespirasyonla test etti ve ABD Tarım Bakanlığı Tarımsal Araştırma Servisi’nde Araştırma Bitki Fizyologu olan RIPE araştırmacısı Carl Bernacchi ile ortak çalışmalara başladı. Bernacchi ile birlikte, bitkilerin normal ortam koşullarında ihtiyaç duyduğu sıcaklıktan 5°C daha sıcak ısıtıcıların olduğu bir tarlaya tütün bitkileri diktiler. Dikilen tütünün yarısı, daha az enerji yoğun bir fotorespirasyon sürecine sahip olacak şekilde genetik olarak tasarlanmıştır.
Elde edilen sonuçlar özel olarak tasarlanmış bitkilerin, aynı sıcaklıklara maruz kalan yabanıl tip bitkilerden yüzde 26 daha fazla biyokütle ürettiği gözlemlenmiştir. Özel metabolitik yollar tasarlanan bitkilerin yüksek sıcaklıklarda yabanıl tip bitkilere göre %15 daha az verim kaybına sahip olduğu da gözlemlenmiştir. Bu çalışma araştırmacılara değişen iklimde mahsüllerin veriminin nasıl artırılabiliceği konusunda da fikir verdi.
İlk denenecek bitki türü olarak tütün bitkisinin seçilme sebebi, deneysel olarak çalışmanın nispeten diğer bitki türlerine göre kolay olması ve sonuçların çok daha hızlı gözlemlenebilmesidir. Araştırmacılar tütün dışında bir bitkide genetik olarak yapılan değişikliklerin arazi koşullarında gözlemlenebilmesi için 3-5 yıllık bir sürenin gerektiğini ancak tütün için 12 ay içerisinde sonuçların gözlemlendiğini dile getiriyor. Bu genetik anlamda yapılan değişiklikler tütünde kanıtlandığına göre, tütünde test edilen değişikliklerin aynısını patates ve soya gibi temel gıda ürünlerinde denenbilir ve dünya çapında sürekli artan sıcaklıklara rağmen gıda üretiminin artmasını sağlamak için araştırmalar sürdürülebilinir.
Cavanagh, “Bir bitki biyoloğu olarak, atmosferik karbondioksitte ki sürekli artışla beraber bu yüzyılın ortasına doğru 9 milyar (tahmini bir rakam) olacak olan nüfusun beslenmesi için gereken yeterli gıdanın üretilmesi, bitki araştırmacılarının belirleyici zorluğudur. Bilim insanları olarak çalışma hayatımızda elimizden gelenin en iyisini yapmak için daha büyük bir motivasyona ihtiyacımız yok, bu yüzden bir bitkinin şuan uyum sağladığı koşulların geride kalması ve yenilenen bu yaşam şartlarına karşı uyum sağlayabilecek bitkileri üretmeye çalışarak kalıcı ve sorunu çözebilecek çalışmalar yapıyoruz.” Diyor.
Kaynak: sciencedaily.com
