Bir grup bilim adamı, LED aydınlatma kullanarak buğdayın büyüme hızını yarıya indirmeyi başardı. Bu başarı, tarım sektöründe çığır açan LED devriminin kaydettiği son ilerleme oldu.
Avustralyalı ve İngiliz araştırmacılar, tohumdan tam yetişkinliğe ulaşana kadar buğdayın ilkbahar aylarında normalde 16 hafta süren büyüme süresini sekiz haftaya indirdi.
Bu “hızlı üretim” rejimi Norwich, İngiltere’de bulunan John Innes Merkezi tarafından Queensland ve Sydney üniversiteleriyle işbirliği içinde geliştirildi. Geliştirilen sistem, buğday fotosentezine yardımcı olmak için ayarlanmış LED’lerle donatılmış bir sera içerisinde bu LED’lerin günde 22 saate kadar açık bırakılmasını içeriyor.
Bu gelişme ise tarihte ilk defa senede altı nesle kadar buğday üretmenin mümkün hale geleceği anlamına geliyor ve bu da günümüz üreticileri ve araştırmacılarının kullanmakta olduğu shuttle üretim tekniğiyle ulaşılan rakamın üç katı düzeyinde. Bu projenin başarısı, İkinci Dünya Savaşı sonrası tahıl grubunda shuttle üretim ile gerçekleştirilen yeniliklerle kıyaslanıyor.
Araştırma ekibinin lideri ve John Innes Merkezi üyesi Dr. Brande Wulff konuyla ilgili olarak “Dünya genelinde daha yüksek üretim hacmi ve daha dayanıklı ekinler başlıca çalışma konumuz.
Daha kısa sürede daha fazla nesil döngüsünü tamamlamak, genetik kombinasyonları daha hızlı üretmemize ve test etmemize imkan tanıyarak farklı çevre koşulları için en iyi kombinasyonları bulmamızı sağlayacak,” dedi.
John Innes Merkezi üyesi Dr. Brande Wulff LED aydınlatma rejiminin buğday üretim sürelerini dikkate değer ölçüde hızlandırdığının altını çizerek, “10 sene sonra bir tarlaya girdiğiniz zaman bir bitkiyi göstererek o bitkinin özelliklerinin bu teknoloji kullanılarak geliştirildiğini söylediğinizi düşünmek istiyorum,” dedi. (Fotoğraf: John Innes Merkezi 2017.)
Hızla artan dünya nüfusu ve iklim değişikliğinin etkileri karşısında çeşitli önemli ekinlerin iyileştirme hızında geçtiğimiz yıllarda bir duraklama yaşandı.
Dr. Wulff’a göre hızlı üretim, 21. yüzyılın bu global mücadelesine yeni bir çözüm sunma potansiyeline sahip.
“İnsanlar bitkilerin döngüsünü hızlandırabilirsin ama bitkiler yeterince büyümez ve sadece birkaç tohum verir dediler. Aksine, bu yeni teknoloji ile üretilen bitkiler, standart koşullarda üretilenlerden daha iyi ve daha sağlıklı görünüyor. Meslektaşlarımdan biri elde ettiğimiz sonuçları gördüğünde buna inanamadı.
“10 sene sonra bir tarlaya girdiğiniz zaman bir bitkiyi göstererek o bitkinin özelliklerinin bu teknoloji kullanılarak geliştirildiğini söylediğinizi düşünmek istiyorum.”
Uluslararası ekip aynı zamanda bu hızlı üretim tekniğinin birçok önemli ekin için kullanılabileceğinin kanıtına sahip olduklarını söylüyor. Ekmeklik buğday, durum buğdayı, arpa, bezelye ve nohut için senede altı nesle kadar üretim gerçekleştirilirken kanola için bu rakam dört nesil ile sınırlı gerçekleşti. Yaygın olarak kullanılan ticari üretim teknikleri ile karşılaştırıldığında bu oldukça önemli bir artış.
Avustralya’da bulunan Queensland Üniversitesi tarafından yüksek basınçlı sodyum (HPS) ampuller kullanılarak bir kontrol deneyi gerçekleştirildi. Bilim insanları, çok fazla ısı üretmeleri ve LED’ler ile karşılaştırıldığında düşük kalitede ışık yaymaları nedeniyle sodyum buharlı ampullerin etkisiz kaldığını belirtiyor.
Bilim insanları, geleneksel tarla temelli teknikler ile birlikte kullanıldığı zaman hızlı üretimin ekin genetiğini daha iyi anlamakta önemli rol oynayabileceğini söylüyor.
Queensland Üniversitesinden Dr. Lee Hickey şunları söyledi: “Hızlı üretim, nihai sonuca daha hızlı ulaşmak için gen düzeltme gibi diğer birçok teknoloji ile birlikte kullanılabilecek bir platform sunuyor.
Yapılan çalışmalar, bitki patojen etkileşimleri, bitki formu ve yapısı ve çiçeklenme zamanı gibi özelliklerin bu teknoloji kullanılarak detaylarıyla araştırılabileceğini ve bu çalışmaların tekrarlanabileceğini gösteriyor.
Hızlı üretim teknolojisi, bu teknolojiye ilk geçişi sağlayan buğday üreticileri tarafından memnuniyetle karşılandı.
Norwich, İngiltere’de yer alan John Innes Merkezi, bitki bilimi, araştırma, genetik ve mikrobiyoloji üzerine odaklanan uluslararası bir merkez.
İngiltere menşeli tohum tedarikçisi RAGT’nin buğday hastalıkları uzmanı Ruth Bryant konuyla ilgili olarak, “Üreticiler her zaman piyasaya çeşit sunmak amacıyla süreci hızlandırmanın yollarını arıyorlar, bu nedenle de hızlı üretim konsepti gerçekten ilgimizi çekiyor,” dedi. Şirket, bu yöntemi ticari koşullara uygun olarak geliştiren ilk firma olma amacıyla Dr. Wulff’un John Innes Merkezindeki ekibiyle yakın işbirliği içinde çalışıyor.
Avustralyalı Dow AgroSciences firmasının buğday ekini üreticisi Dr. Allan Rattey, Avustralya’da büyük bir sorun haline gelen hasat öncesi filizlenmeye toleranslı buğday üretmek amacıyla bu teknolojiyi kullandı.
“Verimli tarama için çevresel kontrol ve çok sayıda çaprazlama yoluyla gerçekleştirilen döngülerin aldığı uzun zaman başlıca sıkıntılar arasındaydı. Hızlı üretim ve hedef gözeten seleksiyon platformu söz konusu bu alanların tümünde büyük kazanımları da beraberinde getirdi.”
Wheat Grows Twice As Fast Under Leds
A team of scientists has cut the growing time of wheat by 50% by using LED lighting. It’s the latest breakthrough in the LED revolution sweeping the horticultural industry.
Researchers from Australia and the UK grew wheat from seed to maturity in just eight weeks instead of the standard 16-week growing time for the cereal grown in spring.
The “speed-breeding” regime developed by teams at the John Innes Centre in Norwich, UK, in conjunction with the universities of Queensland and Sydney, uses a glasshouse with LEDs tuned to aid photosynthesis in wheat and illuminated for up to 22 hours a day.
The development means that, for the first time, it is possible to grow as many as six generations of wheat every year, a threefold increase on the shuttle-breeding techniques currently used by breeders and researchers. The success of the project is being compared to the post-World War Two shuttle-breeding innovations in cereal production.
“Globally, we face a huge challenge in breeding higher yielding and more resilient crops,” the leader of the team, Dr. Brande Wulff of the John Innes Centre, told Lux. “Being able to cycle through more generations in less time, will allow us to more rapidly create and test genetic combinations and find the best combinations for different environments.”
“I’d like to think that in 10 years from now, you could walk into a field and point to plants whose attributes and traits were developed using this technology,” says Dr. Brande Wulff of the John Innes Centre, pictured, of the LED lighting regime that has dramatically boosted wheat growing times. (Photo credit: John Innes Centre 2017.)
Despite a rapidly growing world population and the impact of climate change, the improvement rates of several staple crops have stalled in recent years.
Speed breeding, says Dr. Wulff, offers a potential new solution to a global challenge for the 21st century.
“People said you may be able to cycle plants fast, but they will look tiny and insignificant, and only set a few seed. In fact, the new technology creates plants that look better and are healthier than those using standard conditions. One colleague could not believe it when he first saw the results.
“I’d like to think that in 10 years from now you could walk into a field and point to plants whose attributes and traits were developed using this technology.”
The international team also says it has proof that the speed-breeding technique can be used for a range of important crops. They have achieved up to six generations per year for bread wheat, durum wheat, barley, pea, and chickpea; and four generations for canola, a form of rapeseed. This is a significant increase compared with widely-used commercial breeding techniques.
A control experiment using high-pressure sodium (HPS) lights at the University of Queensland, Australia. The scientists say the sodium-vapor lamps are ineffective because they generate much heat and emit poor quality light compared to LEDs.
Speed breeding, when employed alongside conventional field-based techniques, can be an important tool to enable advances in understanding the genetics of crops, say the scientists.
“Speed breeding as a platform can be combined with lots of other technologies such as gene editing to get to the end result faster,” explains Dr. Lee Hickey from the University of Queensland.
The study shows that traits such as plant pathogen interactions, plant shape and structure, and flowering time can be studied in detail and repeated using the technology.
The speed breeding technology has been welcomed by wheat breeders who have become early adopters.
The John Innes Centre in Norwich, UK is an international center for plant science, research, genetics, and microbiology.
Ruth Bryant, a wheat disease expert at UK seed supplier RAGT, said, “Breeders are always looking for ways to speed up the process of getting a variety to market, so we’re really interested in the concept of speed breeding.” The company is working closely with Dr. Wulff’s group at the John Innes Centre to be the first to develop the method in a commercial setting.
Dr. Allan Rattey, a wheat crop breeder with Australian company Dow AgroSciences, has used the technology to breed wheat with tolerance to pre-harvest sprouting, a major problem in Australia.
“Environmental control for effective screening and the long time taken to cycle through several cycles of recurrent selection were major bottlenecks. The speed breeding and targeted selection platform have driven major gains for both of these areas of concerns.”
