玉米 ( Zea mays ) 是世界上最重要的粮食作物之一,全球产量最大,为满足人类对食物、动物饲料和生物燃料的需求做出了贡献。随着人口增长和环境恶化,迫切需要采取高效、创新的育种策略来开发高产抗逆的玉米品种,以保障全球粮食安全和可持续农业。CRISPR-Cas 介导的基因组编辑技术 (CRISPR-Cas (CRISPR-associated)) 已成为植物科学和作物改良的有效而有力的工具,并且可能以不同于杂交和转基因技术的方式加速作物育种。在本综述中,我们总结了 CRISPR-Cas 技术在玉米基因功能研究和新种质生成中的应用现状和前景,以提高产量、特种玉米、植物结构、应激反应、单倍体诱导和雄性不育。本文还简要回顾了玉米基因编辑和遗传转化系统的优化。最后,讨论了使用 CRISPR-Cas 技术进行玉米遗传改良所带来的挑战和新机遇。
乌干达的农业部门是该国经济的重要贡献,为大部分人口提供就业,确保粮食安全并为出口收益做出贡献。在2022-2023财政年度,该行业占国内生产总值(GDP)的24%,占出口收入的35%,占乌干达工作人口的68%,尤其是农村小农户农民VII。该行业可以分为两个主要的子行业:生存农业,其重点是用于当地消费的食品农作物,例如玉米,木薯,地瓜和香蕉,以及商业农业种植园,主要是出口,以棉花,糖,糖,茶和咖啡和诸如现金作物为中心,并将其集中在现金中。在2020年,有85%的家庭参与农作物生产以进行消费和收入,但只有15%的耕作仅用于消费viii。商业农业种植园正在显示增长,现金作物子行业的年平均增长率为6.4%,而粮食作物子行业的平均速度较慢,平均速度为3.7%。
水稻(Oryza sativa L.)是世界范围内广泛种植的重要粮食作物之一。水稻在全球粮食安全中发挥的巨大作用促使研究人员开发具有改良农艺性状的新水稻品种,例如耐受生物和非生物胁迫。 CRISPR/Cas9基因编辑系统由于其高效、易用、高精度,为改善多种作物的农艺性状提供了一种很有前景的策略。本文讨论了CRISPR/Cas9在改良更适应不利环境条件的水稻品种中的应用。利用CRISPR/Cas9系统对水稻抗病(白叶枯病和稻瘟病)、抗除草剂和抗逆(盐、旱、寒)等一系列功能基因和调控基因进行了功能分析。还分析了该技术在水稻上应用的一些局限性和优点。该研究结果概述了基因编辑工具,从而指导其在越南应对气候变化的作物品种研究中的应用。
然后,该串联CO 2电解系统用于通过电农业从CO 2衍生的乙酸盐产生可持续食品。在数千年中,人类一直依靠光合作用来满足我们的热量需求,以相对较低的太阳能效率(〜1%),这导致了今天地球可居住的土地的一半用于农业。将通过工程粮食作物来绕过光合作用,并利用乙酸乙酸酯来提供更有效的全球粮食系统的根本性重新构想,以提高醋酸乙酸盐的异性生长,从而通过一定的数量级来提高太阳能到作物的效率。进行分析以证明这些效率提高如何导致美国农业土地使用情况下的94%降低,从而使美国近一半的一半以促进自然碳固存的努力。也可以通过与精确发酵技术耦合CO 2电解来提高我们的食品系统效率,以生产动物蛋白,而无需高效和资源密集的动物农业。
我们评估了中国的农业实践,以确定可行的解决方案,以可持续地养活中国人口。我们计算了生产国内大米,小麦,玉米,大豆和IM的环境成本。环境成本是巨大的,食物的自给自足和充分性(包括大豆包括)低于100%。随后,我们评估了两个主要农业实体(小型农业和国有)之间的环境成本和农作物产量的差异,农场规模的影响以及大豆贸易的不确定性(中国 - 巴西的美国贸易战和基础设施改善)。我们提出了基于方案的解决方案,可以减少碳足迹,水足迹和经济成本,并提高粮食自给自足和充足速度以上的100%以上。采用两个农业实体的表现最佳实践的改进效果最大。各个解决方案可以改善中国联合国可持续发展目标排名。结合在一起,它们可以协同行动以在安全的运营空间内导航粮食作物的生产。
红薯(ipomoea batatas(L。)Lam)多年来一直以传统粮食作物以及南非的机械化商业作物而闻名。到2019年,作物的生态价值已增加到估计的2.83亿兰特(Dalrrd,2022)。在过去的七十年中,ARC -VIMP红薯研究与开发(R&D)计划通过需求主导的育种提供了33个遗传改善的品种,从而有助于红薯经济。在1952年之前种植了传统品种,例如Borrie,“ Ses Maande Wit”,“ Hoenderspoor”,源自荷兰在1652年将开普敦殖民后不久进口的红薯(Bester&Louw,1992年)。农民对那个时代的选择具有弯曲的形状,静脉,凹槽和裂缝(图1a);因此需要正式育种。Roodeplaat的研究设施建于1947年(图2)。1952-1980始于1952年的正式育种,目的是为品种提供改善的根质量和产量为当地工业提供。最初,在美国(路易斯安那州和南卡罗来纳州)进口的农民品种和红薯种质中进行了手交叉(Bester&
从华盛顿地球政策研究所所长、世界观察研究所中心和创始人 Lester R. Brown 到印度的 Bhavarlal Jain(他一生致力于改变全世界数百万小农户种植粮食和非粮食作物的方式),他们传达的一个共同信息是:由于气候仍然处于不断变化的状态,水资源管理(尤其是农业部门的水资源管理)将需要彻底重新设计。全球变暖的后果是极端高温和干旱,正如美国和其他一些粮食出口国在 2012 年所经历的那样,粮食价格接近创纪录水平。中国、印度和泰国等许多地方不时出现暴雨和洪水,扰乱了农业生产。由于天气越来越不利于正常作物生长,过去 12 年中有 6 年,世界粮食产量低于消费量。许多国家被迫减少粮食库存以弥补供需之间的差距。报告称,在这一过程中,粮食储备量已从十年前的107天的舒适水平下降到仅能维持70多天的消费量。
摘要 马铃薯作为第四大粮食作物,在全球经济中占有重要地位,但它受到众多害虫以及细菌、病毒和真菌疾病的影响。在这些疾病中,通过蚜虫在植物之间传播的马铃薯 Y 病毒 (PVY) 会造成严重的产量损失,但据我们所知,PVY 在欧洲的经济影响尚未量化。我们的经济研究涵盖了 2004 年至 2017 年之间的 13 年时间,基于对从瑞士和欧盟马铃薯行业各利益相关者以及田间试验获得的统计、经济和农艺数据的分析。在瑞士,PVY 对种子和商品生产造成的经济损失估计分别约为 2000 和 200 瑞士法郎/公顷。对于欧盟,每年的损失估计为 1.87 亿欧元,其中种子和商品损失分别为 9600 万欧元和 9100 万欧元。这些损失主要是由于种薯生产中化学处理的成本和成品薯产量下降。然而,根据文献,这些重大损失低于马铃薯晚疫病(致病疫霉菌)造成的损失,后者被认为是欧洲最具经济损失的马铃薯病害。
全球人口增长和气候变化使满足基本需求(食物、水、能源和住房)的努力日益相互竞争。其中一个表现是快速开发农业用地用于城市用途或太阳能项目。农业光伏已成为一种有前途的方式,既能保护农田,又能适应新的太阳能发展。农业光伏项目以协同的方式将粮食作物或牲畜养殖与太阳能光伏并置。如果设计和选址得当,农业光伏项目可以同时提高作物产量、产生可再生能源、节约用水、保护农业用地,并为农村社区带来新的经济发展和税收收入。然而,需要联邦、州和地方各级更加重视政策,以加速农业光伏技术在全国范围内的部署。本文介绍了信息差距、外部性问题和地方反对如何阻碍美国农业光伏的发展,并确定了能够使农业光伏蓬勃发展的具体法律和政策。
基因组编辑技术,例如成簇的规律间隔短回文重复序列/CRISPR 相关系统 (CRISPR/Cas9),无疑正在成为改良粮食作物和应对农业挑战不可或缺的工具。在本研究中,评估了影响转化效率的关键因素,例如 PEG4000 浓度、孵育时间和质粒量,以实现将 CRISPR/Cas9 载体有效递送到卷心菜原生质体中。使用扩增子测序,我们证实了 PEG4000 浓度和孵育时间对诱导的目标突变有显著影响。通过优化转化方案,以 40 µg 质粒和 50% PEG4000 孵育 15 分钟,实现了 26.4% 的编辑效率。虽然这些因素强烈影响突变率,但转化原生质体的活力仍然很高。我们的发现将有助于成功编辑卷心菜和其他芸苔属植物的基因组,也有助于依赖原生质体瞬时转化方法的基因功能分析和亚细胞定位等研究领域。