گوجه فرنگی محصول تجاری عمده مزارع عمودی
وقتی به تولید در مزرعه عمودی فکر می کنید، چه محصولاتی به ذهن می رسد؟ سبزیجات برگ دار، ریز سبزها و گیاهان دارویی احتمالا متداول ترین پاسخ هستند. گوجه فرنگی چطور؟
محققان دانشگاه کالیفرنیا-ریورساید از فناوری CRISPR برای رشد گیاهان کوچک گوجه فرنگی برای تولید در مزارع عمودی و ایستگاه فضایی بین المللی استفاده می کنند.
وقتی به تولید در مزرعه عمودی فکر می کنید، چه محصولاتی به ذهن شما می رسد؟ سبزیجات برگ دار، ریز سبزها و گیاهان دارویی احتمالا متداول ترین پاسخ هستند. گوجه فرنگی چطور؟
روبرت جینکرسون و مارتا اوروزکو-کاردناس، محققان دانشگاه کالیفرنیا از فناوری ویرایش ژن CRISPR-Cas9 برای رشد گیاهان کوتاه گوجه فرنگی که قابلیت رشد در مزارع عمودی و ایستگاه فضایی بین المللی را دارند، استفاده می کنند. در ابتدا اوروزکو-کاردناس از فناوری CRISPR برای کاهش اندازه گیاهان معمولی گوجه فرنگی، از جمله تعداد برگ و ساقه، بدون کاهش قابل توجه اندازه و عملکرد میوه استفاده کرد. جینکرسون گفت: گوجه فرنگی ها در ابتدا توسط همکار من دکتر اوروزکو-کاردناس که مدیر مرکز تحقیقات تغییر و تحول گیاهان دانشگاه ریورساید است، بررسی شدند. از مرکز تحقیقات او بازدید کردم و گیاهان گوجه فرنگی را دیدم که در شرایط آزمایشگاهی بار می دادند. گیاهان فوق العاده کوچک بودند. فکر کردم این گوجه فرنگی ها کاربردهای مختلفی بویژه برای ناسا خواهند داشت.
همچنین متوجه شدیم که گوجه فرنگی می تواند برای کشاورزی عمودی گزینه مناسبی باشد. این کار به عنوان یک پروژه علوم پایه برای بررسی عملکرد ژن آغاز شد و آن را به منظور کاربردهای دیگر که ژن ها می توانند جهش یافته و برای کنترل معماری گیاهان برای کشاورزی عمودی و کاربردهای پروازهای فضایی جهش یابند، گسترش دادیم.
برای اولین بار دکتر اوروزکو-کاردناس یک نوع گیاه گوجه فرنگی کوتوله را انتخاب کرد و از ویرایش ژن CRISPR برای کوچک کردن بیشتر گیاهان استفاده کرد. در حال حاضر روی فناوری CRISPR کار می کنیم تا جهش های بیشتری را روی واریته اصلی قرار دهیم. همچنین ویرایش ژن را در انواع تجاری نامشخص انجام می دهیم تا مشخص شود آیا می توانیم ساختار و اندازه گیاه را تغییر دهیم تا برای تولید " مزرعه عمودی " مناسب باشد.
محققان دانشگاه کالیفرنیا در حال مطالعه نحوه رشد گیاهان گوجه فرنگی در کوچکترین اندازه و تولید بیشترین بازده میوه هستند.
محدودیت اندازه گیاه
جینکرسون گفت که از فناوری ویرایش ژن CRISPR می توان برای ایجاد جهش هایی استفاده کرد که بر گل آذین، تعداد گلها و معماری شاخه ها تأثیر بگذارد. در ابتدا اندازه گیاه ویژگی ای بود که دو محقق به تغییر آن علاقه مند بودند، اما جینکرسون گفت که مطالعات خود را برای تأثیر بر اندازه و عملکرد میوه توسعه داده است.
جینکرسون می گوید: در درجه اول بررسی می کنیم که چگونه می توان گیاهان را به کوچکترین اندازه رشد داد و همچنان بیشترین عملکرد میوه را برای به حداکثر رساندن شاخص برداشت، داشت. شاخص برداشت مقدار و وزن میوه در مقابل وزن کل زیست توده گیاهی، از جمله میوه است. اگر 100 درصد از گیاه، میوه بود، شاخص برداشت 100 درصد بود؛ اما از آنجا که گیاهان به برگ، ساقه و ریشه نیاز دارند، شاخص برداشت نمی تواند 100 درصد باشد.
نکته ای که وجود دارد این است که گیاه آنقدر کوچک می شود که برگ کافی برای انجام فتوسنتز ندارد و گیاه نمی تواند از میوه ای که سعی در تولید آن است حمایت کند. در تلاش برای ایجاد تعادل بین اندازه گیاه و میزان زیست توده رویشی برای تولید میوه مورد توجه قرار دهیم. در حال حاضر در حال بررسی این رابطه هستیم. فکر می کنیم که در حال حرکت به سمت پایین ترین حد اندازه هستیم، جایی که نمی توانیم گیاهان را بیشتر کوچک کنیم بدون آنکه بر عملکرد میوه تأثیر منفی بگذارد.
جینکرسون به دنبال همکاری با تولیدکنندگان محیط های تجاری کنترل شده است برای بررسی عملکرد گوجه فرنگی های کوتاه
غلبه بر محدودیت های مزرعه عمودی
تحقیقات گوجه فرنگی جینکرسون با کمک مالی 450،000 دلار New Innovator از بنیاد تحقیقات غذا و کشاورزی تأمین می شود. با وجود این که پیشه جینکرسون در مهندسی و جلبک است، او پتانسیلی را که کشاورزی عمودی می تواند در منابع غذایی آینده داشته باشد، مشاهده کرد.
بیشتر محصولات تجاری در خارج از منزل کشت می شوند و در اندازه آنها هیچ محدودیتی وجود ندارد.برای کشاورزی عمودی کارهای زیادی باید انجام شود تا محصولات را برای محیط تولید جدید سفارشی کنیم. به عنوان مثال، گیاهان فقط می توانند اندازه خاصی داشته باشند و باید زمان تولید آنها برای رسیدن به برداشت، سریع باشد. همچنین آنها باید از روش استفاده از نور مصنوعی برای فتوسنتز بسیار کارآمد باشند زیرا برق برای روشنایی یکی از بزرگترین هزینه های عملیاتی است.
بخشی از کمک مالی FFAR برای جینکرسون است تا با تولید کنندگان تجاری برای تعیین نحوه عملکرد گوجه فرنگی های کوتاه تولید شده در سیستم های تولید آنها همکاری کند.
وی گفت: علاقه مند به یافتن تولیدکنندگان تجاری هستیم که در مزارع عمودی کار می کنند یا یک شریک تجاری که بتواند به آزمایش و ارزیابی خطوطی که قبلا تولید کرده ایم و خطوط در حال توسعه بعدی ما، کمک کند. یکی دیگر از جنبه های کمک هزینه تحقیق، خرید انواع دیگر گوجه فرنگی و تلاش برای بهینه کردن معماری آنها جهت مزارع عمودی است تا تنوع بیشتری از میوه های قابل کشت در این سیستم ها داشته باشید.
البته جینکرسون مزرعه عمودی در دانشگاه راه اندازی نکرده است، او در حال آزمایش گیاهان در یک گلخانه و یک اتاق محیط کنترل شده مجهز به چراغ های فلورسنت است.
البته جینکرسون مزرعه عمودی در دانشگاه راه اندازی نکرده است، او در حال آزمایش گیاهان در یک گلخانه و یک اتاق محیط کنترل شده مجهز به چراغ های فلورسنت است.
اتاق رشد با روشنایی فلورسنت که از آن استفاده می کنیم مانند یک مزرعه عمودی با تکنولوژی بالا و مجهز به LED نیست. گیاهان با شار فوتون چند صد میکرومول m − 2 s − 1 PAR در یک دوره نوری 16 ساعته رشد کرده اند. دما و رطوبت در شرایط عادی اتاق حفظ شده است. ما هنوز سعی نکرده ایم شرایط محیطی را برای رشد گیاه بهینه کنیم. ما گیاهان را تحت هیچ شرایط شدید تحت فشار قرار نداده ایم، اما اینها حوزه های آینده تحقیقاتی هستند که در پی آن هستیم.
جینکرسون و شاگردانش در حال جمع آوری داده های مربوط به میزان نوری هستند که برای گلدهی و میوه گیاهان در زیر نور مصنوعی لازم است.
وی گفت: داده های عملکرد میوه را داریم. محاسبه های زیادی روی عملکرد میوه در هر حجم انجام داده ایم. یک معیار مهم برای مزارع عمودی است. با داده های خود می توانیم تخمین بزنیم که چه نوع عملکردی را برای گیاهان انتظار داریم. بسته به فاصله عمودی، فاصله عملکرد در حجم گیاهانی که رشد داده ایم می تواند بین 1.5 تا سه برابر بیشتر از عملکرد گلخانه باشد.
محصولات آینده برای مزارع عمودی و سفرهای فضایی
در حالی که تحقیقات فعلی جینکرسون روی گوجه فرنگی متمرکز است، او گفت که این پتانسیل برای استفاده از فناوری ویرایش ژن در حال توسعه برروی سایر محصولات کشاورزی عمودی نیز وجود دارد.
قصد داریم با سایر محصولات Solanaceae، از جمله فلفل، بادمجان و سیب زمینی شروع کنیم. فکر می کنیم که بسیاری از یافته هایی که ما با گوجه فرنگی شناسایی کرده ایم، می تواند به سایر محصولات تبدیل شود، آنها ارتباط نزدیکی با گوجه فرنگی دارند.
روبرت جینکرسون، محقق دانشگاه کالیفرنیا
بخشی از این تحقیقات روی گوجه فرنگی توسط ناسا تامین می شود و برای انجام آزمایش دانه به دانه در فضا مورد استفاده قرار می گیرد.
جینکرسون گفت: هدف این است که گیاهان گوجه فرنگی را در ایستگاه فضایی بین المللی پرورش داده و میوه ها را فضانوردان برداشت کنند. سپس فضانوردان دانه را برداشته و برای محصول بعدی پرورش می دهند تا دوباره میوه دهد. این فرایند برای داشتن یک سیستم زراعی پایدار برای تولید غذا ضروری است. چنین چیزی قبلا با گوجه فرنگی در ایستگاه فضایی نشان داده نشده بود.
فضانوردان در حال تولید سبزیجات برگ دار در ایستگاه فضایی هستند.
فضای فیزیکی بسیار محدودی در ایستگاه فضایی وجود دارد بنابراین تلاش برای به حداکثر رساندن شاخص برداشت ضروری است. این یک آنالوگ بسیار خوب برای مزارع عمودی روی زمین است. با سبزیجات برگ دار فضانوردان قادرند همه چیز را بجز ریشه بخورند و این گیاهان را برای سفرهای فضایی مناسب می کند. البته، ناسا به رشد محصولات دیگر نیز در فضا علاقه مند است. آزمایشی برای فلفل در سال آینده و آزمایش با گوجه فرنگی در دو تا سه سال آینده برنامه ریزی شده است. درست مانند کشاورزان عمودی روی زمین، فضانوردان می توانند انواع مختلف محصولات را در فضا تولید کنند.
مترجم: معصومه صالحی وزیری
