Berpacu dengan waktu untuk membiakkan gandum untuk bertahan dari krisis iklim

By | 12/06/2022


SEBUAH sekitar selusin pekerja pertanian yang bertengger di bangku kayu dengan hati-hati mengebiri paku gandum menggunakan gunting kuku dan pinset – langkah pertama dalam proses pemuliaan selama bertahun-tahun untuk mengembangkan varietas tahan iklim.

Saat itu sore hari, dan para buruh tani dinaungi oleh topi matahari bertepi lebar saat mereka bekerja di ladang gandum eksperimental di Meksiko utara, mempersiapkan bunga gandum untuk diserbuki silang dalam beberapa hari. Untuk setiap penyerbukan, kedua tetua gandum telah dipilih oleh para ilmuwan tanaman untuk sifat-sifat yang diinginkan seperti ketahanan jamur, efisiensi fotosintesis, dan hasil.

Ini adalah pemandangan yang tenang, tetapi taruhannya meningkat setiap tahun seiring berkembangnya kekhawatiran bahwa sistem pangan kita tidak siap untuk krisis iklim.

Para ilmuwan di Pusat Peningkatan Jagung dan Gandum Internasional (CIMMYT) di Sonora berfokus pada pengembangan varietas gandum yang dapat mengatasi kekeringan, kenaikan suhu, dan curah hujan yang berlebihan dengan lebih baik. Dengan kata lain, gandum yang dapat tumbuh subur di bawah kondisi cuaca ekstrem dan tak terduga yang dialami petani secara global karena planet yang memanas dengan cepat.

Teknisi menyilangkan dua jenis gandum dengan sifat berbeda.

“Kami mencoba untuk tetap berada di depan perubahan iklim dan memberikan segalanya kepada petani,” kata pemulia Leo Crespo saat dia memeriksa varietas baru yang ditanam musim dingin lalu di petak mikro yang dibagi dengan cermat. Beberapa tinggi dan hijau dengan daun terbuka, sementara yang lain kering dan berduri.

Keragaman sangat penting untuk ketahanan dan kemampuan beradaptasi pemuliaan, itulah sebabnya para ilmuwan beralih ke varietas gandum liar dan terlupakan dari seluruh dunia untuk mencari mereka yang memiliki sifat tahan suhu dan kekeringan seperti akar dalam, daun berlilin, dan hormon stres.

peneliti di ladang gandum eksperimental

Tapi ini adalah perlombaan yang rumit dan tidak pernah berakhir melawan waktu, karena pemanasan global mendorong bencana iklim dan munculnya patogen baru yang beradaptasi atau lebih agresif.

“Pemuliaan adalah proses yang berkesinambungan. Kita harus menjaga serigala evolusioner dari pintu dengan membiakkan varietas yang tahan terhadap berbagai penyakit dan meningkatkan hasil bahkan jika ada kekeringan atau gelombang panas, ”kata Crespo, 39.

Gandum adalah biji-bijian yang paling banyak dikonsumsi secara global, menyumbang seperlima dari asupan karbohidrat dan protein kita, dan ditanam di setiap benua yang berpenduduk untuk membuat roti, chapatis, pasta, couscous, mie, dan kue kering yang dimakan oleh miliaran orang. Gandum yang kita makan hari ini dapat ditelusuri kembali ke rumput liar yang didomestikasi oleh petani Neolitik di Asia barat dan Afrika utara, datang ke Meksiko relatif baru dengan pemukim Spanyol.

Gandum paling baik digunakan di daerah beriklim sedang, tetapi di mana pun manusia mengambil benih, gandum beradaptasi dengan ekosistem lokal, berkembang dari generasi ke generasi karena setiap varietas atau ras tanah mengembangkan kebiasaan baik dan buruk.

Keanekaragaman adalah norma, dan sebelum perang dunia kedua ribuan landrace dibudidayakan di seluruh dunia, sering kali berdampingan dengan tanaman lain – yang sebagian melindungi masyarakat dari bencana ekologis seperti epidemi penyakit dan cuaca ekstrem. Tetapi hasil panen sering kali rendah karena banyak gandum yang tinggi dan kurus, dan akan dipanen terlalu dini atau jatuh dalam kondisi berangin.

Ladang gandum CIMMYT di Sonora.
Ladang gandum CIMMYT di Sonora.

Produksi gandum global meningkat tiga kali lipat setelah Revolusi Hijau pada pertengahan abad ke-20 setelah Norman Borlaug, seorang ahli patologi tanaman Amerika yang dikerahkan ke Meksiko oleh Rockefeller Foundation, menggunakan gen semi-kerdil dari gandum Jepang untuk membuat varietas batang yang lebih pendek yang bila ditanam dengan pupuk dan air meningkatkan hasil yang melampaui impian siapa pun.

Ini adalah kelahiran pertanian industri ekstraktif dan penemuan Borlaug di Meksiko mengubah cara dunia bertani gandum, beras, dan banyak tanaman lainnya.

Keseragaman, standarisasi, dan teknologi berbasis bahan bakar fosil menjadi standar emas dan Borlaug dianugerahi hadiah Nobel perdamaian karena malnutrisi menurun. Tetapi hilangnya keanekaragaman tanaman, ekosistem, dan praktik tradisional yang berkelanjutan menyebabkan kerugian besar bagi lingkungan dan manusia. Dan sekarang krisis iklim membuat kita membayar.

“Setelah Revolusi Hijau, fokusnya adalah pada pemuliaan spesialis tahan penyakit hasil tinggi untuk wilayah yang berbeda, tetapi varietas besar tidak dibiakkan untuk mengatasi kondisi iklim yang tidak dapat diprediksi. Sekarang kita membutuhkan generalis, dan ada cukup keragaman untuk mengatasi peristiwa iklim yang tidak dapat diprediksi – kita hanya perlu menemukan dan memanfaatkannya, tetapi pendanaan adalah masalah,” kata Matthew Reynolds, kepala fisiologi di program gandum CIMMYT (yang dipimpin Borlaug hingga pensiun). pada tahun 1979).

Peneliti Liana Acevedo menganalisis proses fotosintesis tanaman gandum.
Peneliti Liana Acevedo menganalisis proses fotosintesis tanaman gandum.

CIMMYT adalah organisasi penelitian internasional yang mengembangkan varietas jagung dan gandum baru sebagai “barang publik internasional” untuk program pangan nasional dan sektor swasta. Pendanaannya sebagian besar berasal dari lembaga dan yayasan pembangunan pemerintah seperti Bill and Melinda Gates dan Carlos Slim Health Institute, tetapi dengan sejumlah uang sektor swasta langsung dan tidak langsung – dan pengaruh.

Kehilangan hasil panen

Grafik kehilangan hasil panen

Ini bermarkas di Texcoco, sebuah kota yang indah di luar Mexico City, tetapi laboratorium lapangan terbagi antara Toluca yang panas dan lembab di Meksiko tengah dan lembah Yaqui yang semi-kering di Obregón, Sonora, di mana sebuah monumen tembaga megah dari menara Borlaug selama penelitian tengah.

Di ladang sekitarnya, galur gandum baru musim ini tumbuh di bawah tekanan abiotik atau lingkungan yang terkendali untuk meniru perubahan iklim kehidupan nyata seperti suhu yang lebih tinggi, kekeringan, dan curah hujan yang berlebihan. Menurut sebuah penelitian, kekeringan yang berkepanjangan dapat mempengaruhi 60% wilayah penanaman gandum pada akhir abad ini.

Tes jaringan tanaman gandum.
Varietas tanaman gandum.

Tujuan akhirnya adalah untuk menciptakan varietas yang dapat beradaptasi dan berkembang dalam kondisi yang tidak terduga tanpa fungisida yang mahal dan merusak ekologi yang dibutuhkan oleh benih komersial.

Ini adalah proses yang melelahkan dan tidak pernah berakhir.

Setiap tahun 5.000 galur atau varietas baru diuji antara bulan November dan April, di empat lingkungan yang berbeda: kekeringan parah dan sedang, panas di akhir musim, dan kondisi optimal. Secara bersamaan mereka diuji di Kenya untuk karat batang, penyakit jamur dan ancaman serius bagi gandum.

grafis

Pada akhir musim, beberapa gandum dengan performa terbaik dipilih sebagai tetua untuk generasi persilangan berikutnya, sementara yang lain dibawa ke Toluca untuk mengevaluasi kerentanannya terhadap penyakit lain. (Komposisi seng dan protein – yang menentukan penggunaan akhir biji-bijian – juga diukur.)

Pada akhirnya, sekitar 1.000 berhasil lolos ke tahun kedua, ketika dua kondisi pengujian lebih lanjut ditambahkan, dan begitu seterusnya hingga tahun kelima, ketika para pemain terbaik dikirim ke 100 atau lebih negara untuk tumbuh dan menguji di pembibitan mereka. Ini sangat penting, karena gandum ditanam di sekitar 220 juta hektar di seluruh dunia, dari kondisi panas dan lembab di Bangladesh hingga panas gersang Nigeria dan pegunungan dingin di Turki.

Teknisi membersihkan biji-bijian gandum agar bisa dianalisis nanti oleh para ilmuwan.
Teknisi membersihkan biji-bijian gandum.

Setelah enam tahun, program ini berakhir dengan 50 atau lebih varietas gandum baru yang dapat diambil dan diuji oleh negara-negara sebelum dilepaskan ke petani mereka. Tujuannya adalah untuk mempersingkat siklus pemuliaan menjadi empat tahun untuk membantu petani dengan sedikit sumber daya mengatasi perubahan iklim yang cepat dan ancaman penyakit yang muncul dengan lebih baik.

“Sektor swasta dan publik tidak dalam hal ini bersama-sama. Tidak ada orang kaya yang menjual benih gandum tahan kekeringan di Afrika, jadi kami membutuhkan program publik untuk mengembangkan benih yang beragam dan menjangkau petani kecil yang tidak dilayani oleh perusahaan benih komersial,” kata Luigi Guarino, direktur sains di Crop Trust.

Sekitar 70% gandum dunia dapat ditelusuri kembali ke benih yang dikembangkan di sini, namun hanya empat perusahaan agrokimia transnasional yang menguasai 60% pasar benih global. Empat besar fokus pada hasil, dan menghasilkan sebagian besar fungisida dan pestisida dunia, yang merusak lingkungan dan mengurangi keanekaragaman hayati, membuat pertanian lebih rentan terhadap guncangan perubahan iklim.

Tidak jelas berapa banyak varietas gandum dengan sifat tahan iklim dan penyakit yang berguna telah hilang sebagai akibat dari industrialisasi sistem pangan kita, tetapi ada sekitar 800.000 benih gandum unik yang disimpan di bank gen secara global, di mana hampir seperempatnya berada di CIMMYT. Koleksinya meliputi nenek moyang berumput liar, ras tanah dan varietas usang yang mengembangkan kerentanan penyakit tetapi mungkin mengandung sifat-sifat berguna seperti akar dalam, yang pandai menemukan air selama kekeringan, atau kemampuan untuk menunda penuaan dini terkait stres, yang memengaruhi fotosintesis.

Setelah biji-bijian dibersihkan, mereka dapat dianalisis oleh para ilmuwan.
Setelah biji-bijian dibersihkan, mereka dapat dianalisis oleh para ilmuwan.

Sekitar sepertiga dari koleksi benih CIMMYT telah menjalani sidik jari genetik, yang memungkinkan ahli fisiologi untuk mengidentifikasi keragaman yang sebelumnya tidak diketahui mungkin bisa membantu. Setelah diuji di lapangan, varietas yang menjanjikan berakhir di jalur pemuliaan, dengan beberapa akhirnya dilacak dengan cepat untuk diuji di seluruh dunia sebagai bagian dari proyek perubahan iklim yang lebih besar.

Tetapi untuk membiakkan benih baru yang dapat beradaptasi dengan planet yang memanas dengan cepat, para ilmuwan harus mencari tahu apa yang terjadi di malam hari – area yang belum diteliti sampai sekarang.

Misteri malam

Sebuah studi tahun 2007 menemukan bahwa untuk setiap kenaikan 1C pada suhu malam hari, terjadi penurunan 6% yang mengejutkan dalam hasil gandum – penurunan yang lebih tajam daripada hari-hari yang lebih panas. Krisis iklim memicu suhu siang hari yang memecahkan rekor, tetapi suhu malam meningkat secara signifikan lebih cepat.

Ini berpotensi menjadi bencana besar dan “membuat pemahaman tentang respons tanaman pada malam hari terhadap suhu sangat penting bagi para peneliti, pemulia, dan petani”, kata Lorna McAusland, ahli fisiologi gandum di University of Nottingham yang bekerja sama dengan CIMMYT.

Insinyur Ivan Perez, kiri foto, menyiapkan sistem laser untuk mengambil gambar 3D yang mengukur struktur tanaman, biomassa, dan kandungan nitrogen.
Insinyur Iván Pérez, kiri foto, menyiapkan sistem laser untuk mengambil gambar 3D yang mengukur struktur tanaman, biomassa, dan kandungan nitrogen.

Di satu bidang, pemanas dipasang di atas petak mikro yang menumbuhkan delapan varietas populer atau elit untuk lebih memahami bagaimana suhu malam yang lebih tinggi mengurangi hasil.

Drone mengambil gambar termal yang membantu para ilmuwan di lapangan mengukur hal-hal seperti suhu kanopi dan kehilangan air atau transpirasi – sistem pendingin udara internal pabrik. Sudah lama dipikirkan bahwa tanaman beristirahat di malam hari, menghemat air untuk fotosintesis dan untuk mengangkut nutrisi. Jika AC bekerja terlalu keras di malam hari agar tetap sejuk, tanaman bisa kehabisan air, mengalami dehidrasi, dan berhenti tumbuh atau mati.

Hasil awal menemukan bahwa beberapa varietas kehilangan lebih banyak air daripada yang lain, jadi sekarang para peneliti harus mencari tahu genetika untuk membantu pemulia meningkatkan toleransi panas malam hari pada benih masa depan. Tujuannya adalah untuk melampaui pemanasan global buatan manusia dan membiakkan varietas tahan iklim sehingga hasil panen tidak runtuh, seperti yang diprediksi oleh skenario terburuk.

Omar Chavira, teknisi dari CIMMYT, menandai di mana lot akan dibuat.
Omar Chavira, teknisi dari CIMMYT, menandai di mana lot akan dibuat.

“Meneliti suhu malam hari adalah batas baru,” kata Reynolds.

Ahli agroekologi, petani regeneratif dan lain-lain akan mengatakan bahwa keragaman di ladang petani – plot dengan tanaman yang berbeda dan varietas yang beragam – sangat penting untuk membangun ketahanan iklim dan meminimalkan jejak ekologi pertanian.

Namun, keragaman dalam plot percobaan ini sangat mencolok, mengingat keseragaman ladang gandum komersial. Crespo berkata: “Keanekaragaman sangat penting dalam pemuliaan tetapi tidak semua keragaman itu baik, dan itulah tantangannya.”

Dikutip Dari Berbagai Sumber:

Published for: MasDoni

Baca Juga  Tether meluncurkan stablecoin yang dipatok ke peso di Ethereum, Tron, dan Polygon

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.