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Wissenschaftler entwickeln gentechnisch veränderte Pflanzen, um 25% weniger Wasser zu benötigen

Wissenschaftler entwickeln gentechnisch veränderte Pflanzen, um 25% weniger Wasser zu benötigen


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Die Landwirtschaft verbraucht derzeit 90 Prozent des globalen Süßwassers. Die Produktion muss jedoch dramatisch steigen, um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren.

Forschern der University of Illinois ist es gelungen, die Art und Weise, wie eine Kultur Wasser nutzt, zu verbessern 25 Prozent, ohne vom Ertrag der Pflanze nachzugeben.

Experten haben dies geschafft, indem sie die Expression von nur einem in allen Pflanzen gefundenen Gen verändert haben. Diese modifizierten Pflanzen wachsen schneller und liefern mehr als ihre gewöhnlichen Gegenstücke, wenn das Wasser begrenzt ist.

Um die Pflanzen konstruieren zu können, erhöhten die Forscher die Spiegel eines photosynthetischen Proteins (PSbS). Dieses Protein bringt die Pflanze dazu, ihre Stomata teilweise zu schließen, um Wasser zu sparen. Durch die mikroskopisch kleinen Poren im Blatt kann Wasser durch den Transpirationsprozess entweichen.

Das Team hat die Wassernutzungseffizienz der Anlage, dh das Verhältnis von in die Anlage eintretendem Kohlendioxid zu austretendem Wasser, um 25 Prozent verbessert. Sie haben die Photosynthese oder den Ertrag in Feldversuchen nicht signifikant geopfert.

"Die Ernteerträge haben sich in den letzten 60 Jahren stetig verbessert, aber die Menge an Wasser, die zur Erzeugung einer Tonne Getreide benötigt wird, bleibt unverändert - was die meisten zu der Annahme veranlasste, dass sich dieser Faktor nicht ändern konnte", sagte Stephen Long, Ikenberry-Stiftungslehrstuhl für Pflanzenbiologie und Pflanzenwissenschaften an der University of Illinois.

"Der Nachweis, dass unsere Theorie in der Praxis funktioniert, sollte die Tür zu viel mehr Forschung und Entwicklung öffnen, um dieses wichtige Ziel für die Zukunft zu erreichen."

"Diese Pflanzen hatten mehr Wasser als sie brauchten, aber das wird nicht immer der Fall sein", sagte Katarzyna Glowacka, eine Postdoktorandin, die diese Forschung am Carl R. Woese-Institut für Genombiologie (IGB) an der Universität von Illinois leitete bei Urbana-Champaign.

"Hacking stomatale Reaktion auf die Lichtqualität"

Die Kohlendioxidkonzentration in unserer Atmosphäre ist in den letzten 70 Jahren um 25 Prozent gestiegen. Dadurch können Pflanzen genügend Kohlendioxid sammeln, ohne ihre Stomata-Poren vollständig zu öffnen.

Es gibt vier Faktoren, die dazu führen können, dass sich Stomata öffnen und schließen. Dies sind Feuchtigkeit, Kohlendioxidgehalt in der Pflanze, Lichtqualität und Lichtmenge. Die Forscher behaupten, dass dies die erste Studie ist, die über eine Hack-Stomatal-Reaktion auf die Lichtqualität berichtet.

"Die Evolution hat mit diesem raschen Wandel nicht Schritt gehalten, daher haben Wissenschaftler ihm geholfen", sagte Dr. Long, ebenfalls Professor für Pflanzenwissenschaften an der Lancaster University.

Das Team hat seine Hypothese mit Tabak getestet. Tabak ist im Vergleich zu anderen Kulturen einfacher zu modifizieren und schneller zu testen.

Die Forscher sagen, dass sie ihre Entdeckungen nun anwenden werden, um die Wassernutzungseffizienz von Nahrungspflanzen zu verbessern. Sie werden auch die Effizienz unter wasserarmen Bedingungen testen.

"Kulturpflanzen effizienter zu nutzen, ist wohl die größte Herausforderung für aktuelle und zukünftige Pflanzenwissenschaftler", sagte Johannes Kromdijk, Postdoktorand am Institut für Genombiologie (IGB) der Universität von Illinois in Urbana-Champaign.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte PsbS-Expression es Kulturpflanzen ermöglicht, konservativer mit dem Wasserverbrauch umzugehen, was unserer Meinung nach dazu beitragen wird, die verfügbaren Wasserressourcen über die Dauer der Vegetationsperiode besser zu verteilen und die Ernte während der Trockenperiode produktiver zu halten", sagte er .


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