На международной космической станции планируется запустить вертикальную ферму по выращиванию томатов.
Это объёмные растения, которые сложно культивировать с помощью вертикальных систем. Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде решили создать мини-сорта. Они используют генную инженерию, технологию CRISPR. Марта Ороско-Карденас и Роберт Джинкерсон, которыt входят в команду исследователей, надеются, что в скором времени космонавты смогут попробовать продукт, который они сами вырастят.
Когда говорят о вертикальном сельском хозяйстве, сразу представляются фермы с листовой зеленью, микрогринами и травами. Это наиболее распространённые растения, которые выращивают в теплицах этажеркой. Можно ли получить с помощью данной технологии томаты?
Роберт Джинкерсон и Марта Ороско-Карденас утверждают, что вертикальным способом можно культивировать любые растения. Они работают над редактированием генов CRISPR-Cas9. Целью проекта является, получить низкорослые сорта помидоров.
С помощью новой разработки можно уменьшить количество листьев и веток, сделать стебли короче. Урожайность и качество плодов должны оставаться на высоком уровне.
Марта Ороско-Карденасом является директором Исследовательского центра трансформации растений Калифорнийского университета. Она давно занималась тепличными томатами, создала растения, которые можно выращивать на фермах. Это маленькие кустики, которые были усыпаны красными ягодами. Технология создания новых сортов культуры и получение урожая стала интересной для НАСА.
Маленькие помидоры хорошо подходят для вертикальной методики выращивания. Учёные стали рассматривать проект создания маленьких растений, как фундаментальный. Они старались организовать условия, в которых гены могут мутировать, чтобы добиться определённого строения растений. В дальнейшем мини-сорта можно использовать в вертикальном земледелии и для выращивания на станциях в космосе.
За основу были взяты карликовые сорта томатов. Были редактированы гены с помощью CRISPR, чтобы ещё больше уменьшить растения.
Ограничения по размеру
Методику изменения генов CRISPR можно использовать, чтобы получить определённые мутации, повлиять на соцветия, на их количество, изменить структуру ветвления куста. Сначала было решено уменьшить растения в объёме, в высоту и в ширину. Затем, проект предусматривал коррекцию размера ягод и продуктивность сортов.
Джинкерсон сказал, что сначала учёные определяют, как можно вырастить кусты наименьшего размера, при этом получая максимальное количество плодов. Вычисляется индекс продуктивности, количество и вес томатов по сравнению с общей массой растения. Показатель не может быть 100-процентным, потому что растения имеют корневую систему, стебли и листья.
Если кусты будут слишком маленькими, то им не будет хватать листьев, чтобы обеспечить полноценный процесс фотосинтеза. Это отразится на продуктивности и на плодах, которые растения старается произвести.
Данный факт необходимо всегда иметь в виду при изменении биомассы томатов для формирования ягод. Учёные исследуют эту связь, приближаются к нижней границе размеров, при которой размер саженцев не снижает урожайность.
Преодоление ограничений вертикальной фермы
Проект финансируется фондом исследования в области продовольствия и с/х. Учёные получили грант 450 тыс.$. Исследователи уже имеют опыт работы в области генной инженерии. Они видят большой потенциал своей работы для вертикального сельского хозяйства.
Культуры, которые выращиваются на открытой площадке, могут быть любого размера и объёма. Для вертикального земледелия необходимо адаптировать растения к новой среде. Это большая работа. Кусты достигают определённой величины, чтобы производить плоды. Растениям необходимо максимально использовать искусственное освещение для фотосинтеза, чтобы сделать производство энергоэффективным. На электричество приходится большая часть расходов.
Учёные работают вместе с сельхозпроизводителями. Часть гранта предназначается на практическое внедрение технологии. Необходимо определить, как короткие томаты развиваются на фермах.
Исследователи находятся в поиске коммерческих производителей, которые используют вертикальные фермы. Они помогут испытать новые растения и оценить сорта, которые были получены в лабораторных условиях. После испытаний, будут отбираться линии растений для дальнейшей работы с ними.
Учёные планируют расширить линейку мини-сортов томатов для вертикальных систем выращивания, чтобы получить большее разнообразие овощей не только для космонавтов, но и для коммерческих производителей. На эту работу отводится ещё одна часть гранта.
В калифорнийском университете нет вертикальной фермы. Джинкерсон решил организовать для опытов комнату с контролируемой средой. В качестве системы освещения будут использованы люминесцентные лампы.
Конечно, помещение мало похоже на высокотехнологичную вертикальную ферму со светодиодными панелями, но для растений было использовано оборудование с потоком фотонов в несколько сотен мкмоль м−2 с−1 ПАР и световой день 16 часов.
В нём выдерживалась нормальная температура и влажность воздуха. Учёные ещё не оптимизировали условия окружающей среды для растений, не помещали их в экспериментальный микроклимат. Это является следующим этапом работы.
Вместе со студентами университета Джинкерсон собирает информацию по искусственному освещению растений. Они выясняют, сколько нужно света для цветения и плодоношения.
Были получены данные по урожайности томатов, которые важны для выращивания культуры на вертикальной ферме. С помощью данных можно прогнозировать продуктивность мини-сортов. Можно достичь урожайности в 3 раза выше, чем при выращивании помидоров в стандартных теплицах.
Космические путешествия
Исследования сосредоточены на изучении томатов, но имеется потенциал для использования разрабатываемой технологии редактирования генов к иным растениям, которые можно выращивать на вертикальных фермах.
Планируется поработать с другими паслёновыми культурами, такими как перец, картофель, баклажан. Результаты, которые будут получены в процессе исследования томатов, могут быть подкорректированы и распространены на другие сельскохозяйственные культуры.
Финансовую помощь проекту оказывает НАСА. На космической станции будет проведён эксперимент выращивания помидоров «от семени к семени». Растения посеют в субстрат. Необходимо добиться плодоношения, собрать из плодов посевной материал и вновь провести посев, собрать урожай. Подобных опытов на космических станциях ещё не проводилось.
Астронавты уже научились выращивать салат. Теперь подошла очередь томатов. Учёные понимают, что на станции нет свободного пространства, поэтому необходимо максимизировать индекс урожайности растений. Была создана уникальная вертикальная ферма.
НАСА надеется, что в ближайшем будущем астронавты попробуют не только салат и томаты, но и другие овощи на своей станции.
Загрузка...
