Rośliny z czasem dostosowują się genetycznie do specjalnych warunków rolnictwa ekologicznego. Jak wynika z komunikatu prasowego, wykazano to w długoterminowym badaniu przeprowadzonym na Uniwersytecie w Bonn.

Naukowcy uprawiali jęczmień na dwóch sąsiednich polach, stosując konwencjonalne praktyki rolnicze na jednym i metody organiczne na drugim. W ciągu ponad 20 lat organiczny jęczmień został wzbogacony o wyraźne cechy genetyczne, odmienne od grupy kontrolnej. Wśród ustaleń podkreślono znaczenie uprawy odmian dostosowanych specjalnie do praktyk rolnictwa ekologicznego. Wyniki te zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Agronomia dla Zrównoważonego Rozwoju.

Pod koniec lat 90. prof. dr Jens Léon zainicjował trwały eksperyment na Uniwersytecie w Bonn, przewidując jego długi czas trwania. Jego zespół badawczy miał na celu zbadanie wpływu warunków uprawy na materiał genetyczny roślin. Aby osiągnąć ten cel, przeprowadzili kompleksowe, długoterminowe badania trwające 23 lata w Instytucie Nauk o Uprawach i Ochrony Zasobów (INRES).

„Najpierw skrzyżowaliśmy wysokowydajny jęczmień z dziką formą, aby zwiększyć różnorodność genetyczną” – mówi Léon. „Następnie zasadziliśmy te populacje na dwóch sąsiednich polach, tak aby jęczmień rósł na tej samej glebie i w tych samych warunkach klimatycznych”.

Jedyną różnicą było podejście do rolnictwa. Na jednym polu dominowały konwencjonalne praktyki rolnicze, obejmujące stosowanie pestycydów przeciwko szkodnikom, chemicznych herbicydów do zwalczania chwastów i nawozów mineralnych w celu zwiększenia dostępności składników odżywczych. Z drugiej strony, na drugim polu przyjęto bardziej ekologiczną strategię, unikając pestycydów, stosując mechaniczne metody zwalczania chwastów i wzbogacając glebę stabilnym nawozem. Każdej jesieni część ziarna zatrzymywano do siewu kolejnej wiosny – wykorzystując ziarna organiczne na polu organicznym i jęczmień uprawiany w warunkach konwencjonalnych na polu porównawczym.

„Jednak nie wybieraliśmy ziaren w oparciu o jakąś szczególną cechę, a po prostu losowo wybraliśmy niewielką część zbiorów” – podkreśla kolega Léona, dr Michael Schneider.

Analiza rozwoju genomu w trybie poklatkowym

Dodatkowo naukowcy przeprowadzili coroczne analizy genomu roślin uprawianych metodami konwencjonalnymi i organicznymi. Geny manifestują się w różnych formach zwanych allelami. Na przykład ludzki gen odpowiedzialny za kolor oczu występuje jako allele „brązowe” lub „niebieskie”. Częstość występowania określonych alleli w populacji może zmieniać się z pokolenia na pokolenie. Czynniki środowiskowe przyczyniają się do tego zjawiska: Allele sprzyjające adaptacji roślin do panujących warunków mają tendencję do namnażania się w czasie.

W komunikacie zauważono, że badacze zidentyfikowali dwa interesujące trendy w swoich testach genetycznych: W ciągu pierwszych dwunastu lat częstotliwość alleli w jęczmieniu zmieniała się w ten sam sposób na obu polach.

„Nasza interpretacja tego odkrycia jest taka, że ​​bardzo zróżnicowane populacje powstałe w wyniku skrzyżowania z dzikim jęczmieniem przystosowywały się do lokalnych warunków” – mówi dr Agim Ballvora, który również brał udział w badaniu. „W końcu czynniki takie jak klimat, gleba, a zwłaszcza długość dnia, były identyczne dla obu populacji”.

Jednak w kolejnych latach częstości alleli obu kultur coraz bardziej się różniły. W szczególności w jęczmieniu uprawianym metodami rolnictwa ekologicznego rozwinęły się warianty genów, które były mniej wrażliwe na deficyt składników odżywczych lub brak wody – czyli allele wpływające na strukturę korzeni.

„Jednym z powodów są prawdopodobnie duże różnice w dostępności składników odżywczych w rolnictwie ekologicznym” – mówi Léon.

Heterogeniczność genetyczna ułatwia proces adaptacji

Jęczmień uprawiany metodą konwencjonalną z czasem stał się bardziej jednolity genetycznie, co oznacza, że ​​materiał genetyczny poszczególnych roślin uprawianych na polu z roku na rok stawał się coraz bardziej podobny. Jednakże jęczmień organiczny pozostał bardziej niejednorodny. Częstotliwości alleli w kulturze organicznej również zmieniały się w większym stopniu w czasie. Spowodowało to, że niektóre lata były wyjątkowo korzystne lub niekorzystne dla niektórych alleli. Może to wynikać z faktu, że warunki środowiskowe w rolnictwie ekologicznym zmieniają się znacznie bardziej niż w przypadku konwencjonalnych metod hodowli w ramkach: jeśli na przykład pewne choroby roślin zapadną w ciągu jednego roku, rośliny będą w największym stopniu polegać na tych allelach, które je chronią. Wydaje się, że zmienność sił środowiskowych działających na rośliny prowadzi do większej heterogeniczności genetycznej.

„W rezultacie rośliny lepiej przystosowują się do tego typu zmian” – mówi Léon.

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki pokazują, jak ważna jest uprawa odmian zoptymalizowanych pod kątem rolnictwa ekologicznego – czytamy w komunikacie. Ponieważ ich skład genetyczny dostosował się do tych warunków, będą one bardziej wytrzymałe i zapewnią wyższe plony. „Ponadto wydaje się rozsądne, gdy w uprawie roślin krzyżuje się je ze starszymi, a nawet dzikimi odmianami” – wyjaśnia Léon. „Nasze dane wskazują również, że mogłoby to przynieść korzyści nawet konwencjonalnym odmianom wysokowydajnym”.

Finansowanie: Badanie zostało sfinansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG).