Forskarna Jens Sundström, Mark Aarts och Henrik Smith. Foto: Istock/press

Intervju

Nyckeln till att mätta en växande befolkning

Det har kallats en helig graal – och kan vara nyckeln till högre skördar. Nu gör forskare stora framsteg i att göra växters fotosyntes mer effektiv.

Om man utgår från att vi inte ska använda mer mark än i dag måste skördarna bli större i snabbare takt, menar forskare. Detta för att kunna mätta 9,8 miljarder människor 2050.

Från 1960-talet och framåt har skördarna globalt sett ökat med 1 till 2 procent per år.

– Ökningen behöver vara 2 till 4 procent för att föda en växande befolkning, säger Mark Aarts, professor vid fakulteten för växtvetenskap vid Wageningen universitet i Nederländerna till AGFO.

En högaktuell lösning att förbättra växtens fotosyntes. Det kan ge markant högre skördar och är en del inom växtförädlingen som hittills inte har utvecklats. (Se faktaruta om hur det funkar i slutet av artikeln )

– Att få bort den naturliga begränsningen i fotosyntesen är en av de mest lovande vägarna för att förbättra skördarna. Så det är verkligen ett område värt att utforska, enligt Mark Aarts.

”Det här har varit en helig graal”

Hittills i år har det rapporterats två nyheter om grödor med förbättrad fotosyntes, en om stora skördeökningar på tobak och en på ris. Jens Sundström, docent i växtfysiologi och samverkanslektor i bioteknik vid Sveriges Lantbruksuniversitet, anser att det handlar om stora framsteg.

–Att göra fotosyntesen mer effektiv har varit en helig graal. Så det här är ett ganska stort framsteg eftersom det verkar vara en generell mekanism som kan flyttas mellan olika arter. I försöken har de fått skördeökningar på 30 procent. Det är jämförbart med vad Norman Borlaug fick med sina korta strån som är en del i den gröna revolutionen, säger Jens Sundström.

– Men än vet vi ju inte om det blir så. Varje art har sina problem. Bara för att det funkat i tre är det inte säkert att det funkar för alla, tillägger han.

Letar naturliga variationer

Forskare runt om i världen tittar på flera olika sätt att förbättra fotosyntesen. Även i Sverige. I fallet med tobak har forskarna fört in gener från pumpa och grönalger i grödan för att göra fotosyntesen mer effektiv. Man har genmodifierat grödorna med andra ord. Men det finns andra sätt genom traditionell förädling.

I Wageningen, som anses vara ett av världens främsta miljö- och jordbruksuniversitet, används genetiska variationer som finns naturligt i olika växter.

2017 hittade de just en sådan naturlig variation. Nu försöker de identifiera generna som är ansvariga för variationen. De forskar på ogräset backtrav, men ska börja titta på sallat.

”Det är ingenjörskonst”

Enligt professor Mark Aarts finns det i dag för lite kunskap om de naturliga variationerna för fotosyntesens effektivitet i grödor, men ny kunskap kan göra att framsteg tas genom traditionell växtförädling.

– I tobaken och riset har man skapat en syntetisk väg, det är ingenjörskonst. Det är på ett annat sätt än om man ska utgå från den naturliga variationen som finns inom en art. Då måste man som i Wageningens fall följa den evolutionära vägen, säger Jens Sundström.

Forskare i Wageningen försöker identifiera generna som är ansvariga för den naturliga genetiska variationen för fotosyntesen som de har hittat i ogräset backtrav. Foto: Istock

Ingen GMO-lagstiftning

Om Mark Aarts grupp i Nederländerna lyckas kan forskningen rullas ut snabbare eftersom det till skillnad från genmodifierade grödor inte behöver godkännande för att användas, enligt Sundström.

Den tuffa GMO-regleringen i EU gör att i princip inga genmodifierade grödor odlas här till skillnad från andra delar av världen.

Enligt Mark Aarts tar det många år att ta fram grödor genom traditionell förädling och med knappt märkbara skördeökningar till en början.

– Jag förväntar mig inte att en fantastisk gröda dyker upp och ökar skördarna med 50 procent vilket skulle kunna hända om man använde genetisk modifiering. Nej, den genetiska komplexiteten här gör att utvecklingen är relativt långsam. Men det är okej, så länge avkastningen ökar de kommande åren, säger han.

Kan fördubbla skördarna

Vid Wageningens universitet är man övertygad om att en förbättrad fotosyntes kan bidra till att fördubbla skördarna i Europa till 2050.

– De nuvarande jordbruksgrödorna konverterar en förvånande låg procent av solljuset till växtens biomassa, mellan 0,5 till 1 procent. Ökar man till 1-2 procent är det allt som behövs, och det har vi redan vetenskapligt bevisat är möjligt, sade forskaren René Klein Lankhorst vid universitet i ett pressmeddelande i december 2018.

Samtidigt är det av högsta vikt att förbättrad fotosyntes inte innebär att växten kräver exempelvis mer kväve. Eller förlorar kvalitet eller näringsvärde. Något som också ingår i EU-projektet. Där behövs betydligt mer forskning för att nå målet, menar René Klein Lankhorst.

”Vad säger att vi måste öka produktionen?”

Ifrågasatt sanning

Att skördarna blir större kan ju ses som enkom positivt, men den sanningen ifrågasätts också. Henrik Smith är professor och föreståndare för Centrum för miljö- och klimatforskning vid Lunds universitet, och forskar om biologisk mångfald och biodiversitet.

– Vad säger att vi måste öka produktionen? Det tas för givet att vi måste. Vi har en förväntan om billiga livsmedel och därför överkonsumerar vi jordbruksprodukter. Mycket av vår jordbruksmark går till köttproduktion, indirekt eller direkt. Det är för billigt att producera mat idag och därför kan vi bruka intensivt utan att ta hänsyn till andra aspekter och värden, säger Henrik Smith.

Frigöra mark

Både rapporten från World Resource Institute och Eat Lancet lyfter högre produktion som viktigt framåt. Men Henrik Smith menar att förändrade dieter, en ganska marginell sänkning av köttproduktionen skulle frigöra mark. Att fokus framåt måste vara en långsiktigt hållbar produktion med brukningsmetoder som upprätthåller bördighet och tillgodoser pollinatörer och andra nyttoinsekter.

– Med ekologisk intensifiering är idén att man utnyttjar naturliga processer istället för att öka externa inputs. Man gynnar naturliga fiender och biologisk aktivitet i marken som kan bidra till ökad produktion och gör oss mindre beroende av konstgödning och pesticider. Jag är förespråkare för en hög produktion med god ekonomi, men att man tar till vara på jordbrukslandskapens olika värden, säger han.

Tar många år

I Wageningen och i forskningslaboratorium runt om i världen fortsätter arbetet med att förbättra fotosyntesen.

Från fältförsök för att sedan ta det in i det normala förädlingsarbetet och vidare till kommersiell nivå är en annan femma. Det tar tid. Mellan 5 och 15 år minst, enligt bedömare.

Förbättrad fotosyntes, så funkar det:

Mycket förenklat fungerar det så att växter genom sin fotosyntes gör om solljus till energi där koldioxid och vatten blir till syre och kolhydrater. Den möjliggörs av bladens gröna ämne, klorofyllen. Andningen och vattenavdunstningen regleras genom klyvöppningar i hudvävnaden som täcker bladytan. I en del av processen kan det ske en naturlig motverkan av fotosyntesen om växten exempelvis utsätts för värme och torka. Växten försöker då spara vatten, sluter sina klyvöppningar vilket leder till brist på koldioxid. Bristen gör att enzymet rubisco som sköter kolfixeringen istället börjar ta upp syrgas och då alltså motverkar fotosyntesen eftersom det leder till en förlust av kol. Detta sker i den del som kallas fotorespirationen.

Det man gjort i forskningsförsöken är att istället skapa en alternativ väg som gör det möjligt att styra om kolflödet så att enzymet rubisco kan ta upp kolet igen. Det blir alltså inget svinn av kol, utan en cirkulering. Det gör att fotosyntesen blir mer effektiv vilket i sin tur kan ge högre skördar.

För att komplicera det hela finns det dessutom flera olika typer av fotosyntetiska reaktioner hos växter där skillnaden är hur och var koldioxidfixeringen sker i växtens celler. Inom en art kan det också finnas variationer, vilket gör att man med selektion kan driva en art mot en mer effektiv kolfixering, som forskarna gör i Wageningen. I fallet med ris och tobak har man skapat en syntetisk väg.

En viktig aspekt att titta på framöver är att se så att förändringen inte leder till att det krävs mer kväve och därmed större insats i fält. Liksom att se vilken nytta fotorespirationen har för växten.

Källa: Mark Aarts, Jens Sundström, SLU, Wageningen universitet, Vetenskapsradion

💚 Gillade du det här? Då kommer du att älska vårt nyhetsbrev, signa upp gratis här

Läs också:

Lista: 12 sätt att öka skördarna

Tema: Ny genteknik – farhågor och möjligheter

AGFO-talk tema Crispr och ny genteknik:

CRISPRekologisk intensifieringfotosyntesGMOhållbar intensifieringSLUväxtförädlingWageningen

Frida Jonson

Lantbruksjournalist och bonddotter. Innehållsansvarig på AGFO.

MejlaTwitterFölj på Twitter

AGFO tror på morgondagens livsmedelskedja. Det gör även våra sponsorer:

Relaterade artiklar

AGFO weekly

Skaffa Sveriges bästa nyhetsbrev om morgondagens mat – gratis!