Wyzwania dla współczesnego rolnictwa (1)

Transkrypt

1 Nauka dla hodowli i nasiennictwa roślin uprawnych Zakopane, 3 lutego 2017 Modyfikacja prac hodowlanych i doświadczalnictwa odmianowego dla potrzeb zrównoważonych, niskonakładowych i ekologicznych systemów gospodarowania w rolnictwie Prof. dr hab. Edward S. Gacek Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych Słupia Wielka k/poznania Wyzwania dla współczesnego rolnictwa (1) racjonalne gospodarowanie zasobami naturalnymi zmniejszenie uzależnienia produkcji rolniczej od syntetycznych środków produkcji adaptacja upraw do coraz bardziej zmiennych warunków pogodowych 1

2 Wyzwania dla współczesnego rolnictwa (2) wytwarzanie większej ilości żywności i produktów rolniczych przy kurczących się zasobach ziemi zachowanie i pełniejsze wykorzystanie bioróżnorodności w warunkach produkcyjnych wprowadzanie zrównoważonych i ekologicznych systemów gospodarowania w rolnictwie Dylematy współczesnej produkcji roślinnej (1) intensyfikacja produkcji rolniczej doprowadziła do zawężenia bioróżnorodności na polach uprawnych, na poziomach: gatunków roślin uprawnych (obecnie w skali globalnej zaledwie 8-10 gatunków roślin) odmian roślin uprawnych (zmniejszona liczba i zmienność odmian w obrębie gatunków) 2

3 Dylematy współczesnej produkcji roślinnej (2) zawężenie bioróżnorodności na polach uprawnych: ogranicza funkcjonowanie naturalnych mechanizmów samoregulacji, we współczesnych agro-ekosystemach intensywne rolnictwo jest niebezpiecznie uzależnione od stosowania syntetycznych środków produkcji (nawozów, pestycydów, energii i in.) pestycydy mają negatywny wpływ na biosferę oraz pośrednio na zdrowie ludzi i zwierząt w Polsce, problemy rolnictwa intensywnego dotyczą prawie 50% gospodarstw rolnych Dylematy współczesnej produkcji roślinnej (3) współczesne uprawy są coraz bardziej zagrożone ze strony stresów biotycznych (choroby, szkodniki, chwasty ) i czynników abiotycznych (temperatura, susze, fluktuacje czynników pogodowych) podstawową rolę do odegrania mają: badania, hodowla roślin, odpowiednio zintegrowane z doświadczalnictwem odmianowym i uprawą roślin 3

4 Znaczenie postępu odmianowego wzrost produkcji rolniczej, o 1-2% rocznie rośnie udział postępu odmianowego w plonowaniu upraw, obecnie sięga 80-85% (w połowie ub. wieku wynosił on ok. 50%) relatywnie spada rola syntetycznych czynników wzrostu produkcji roślinnej (nawozy, pestycydy i in.) oraz postępu technicznego i technologicznego postęp odmianowy w najbliższych latach będzie głównym czynnikiem wzrostu produkcji Wyzwania stojące przed hodowlą roślin i nasiennictwem bezpieczeństwo żywnościowe i żywności oraz zaspokajanie nowych potrzeb społeczeństw racjonalne gospodarowanie zasobami naturalnymi ochrona bioróżnorodności i zrównoważony rozwój rolniczej przestrzeni produkcyjnej adaptacja rolnictwa do spodziewanych zmian klimatu 4

5 Zrównoważone gospodarowanie w rolnictwie zróżnicowanie gatunków i odmian w gospodarstwie zwiększona odporność upraw na stresy biotyczne i abiotyczne zmniejszone zużycie syntetycznych środków produkcji niskie koszty produkcji ochrona środowiska Modyfikacje programów hodowlanych w kontekście zrównoważonego gospodarowania oczekiwane modyfikacje prac hodowlanych powinny uwzględniać : dynamikę wzrostu i rozwoju roślin właściwości fenologiczne parametry morfologiczne i fizjologiczne uwzględnienie parametrów glebowych i środowiskowych konkurencyjność odmian do chwastów odporność, tolerancję i elastyczność roślin na działanie stresów biotycznych i abiotycznych 5

6 Modyfikacje odmianowo-agrotechniczne dla potrzeb zrównoważonego gospodarowania (2) sposoby różnicowania odporności odmian w czasie i przestrzeni : zmianowanie międzygatunkowe mieszanki zbożowe wewnątrzgatunkowe mieszanki odmian zbóż międzygatunkowe mieszanki zbożowo-bobowate (zbożowo-strączkowe) uprawa współrzędna międzyplony, wsiewki różne strategie uprawy gleby Selekcja odmian do różnych kierunków gospodarowania w rolnictwie najważniejsze cechy i właściwości odmian wpływające na skuteczność selekcji odmian należy zaliczyć: wysokość i stabilność plonowania cechy jakościowe i żywieniowe cechy morfologiczne roślin (PH, HD, LOD, typ krzewienia) cechy fizjologiczne roślin (EGV, konkurencyjność z chwastami) cechy agronomiczne odmian, w tym odporność na stresy biotyczne i abiotyczne 6

7 Charakterystyka współczesnych programów hodowli roślin (1) hodowla roślin i nasiennictwo korzystają z osiągnięć i postępu w obszarach: biotechnologii bioinformatyki genomiki biometrii statystyki mat. innych Charakterystyka współczesnych programów hodowli roślin (2) współczesne programy hodowli roślin są ukierunkowane głównie na potrzeby intensywnego rolnictwa konwencjonalnego prace hodowlane opierają się na metodach, sprzyjających wytwarzaniu zawężonych genetycznie odmian intensywnych prawie nie uwzględnia się potrzeb odmianowych wszystkich systemów gospodarowania w rolnictwie, za mało uwagi poświęca się bioróżnorodności w postępie odmianowym i selekcji odmian odpornych na gwałtowne fluktuacje czynników pogodowych 7

8 Charakterystyka współczesnych programów hodowli roślin (3) wykorzystanie najnowszych osiągnięć prac badawczych doskonalenie cech agronomicznych i jakościowych roślin > wprowadzanie do obrotu heterogenicznych produktów hodowlanych > nasilenie prac hodowlanych zgodnie z założeniami ewolucyjnej hodowli roślin > zagadnienia prawne odmian Charakterystyka współczesnych programów hodowli roślin (4) prawodawstwo w zakresie ochrony własności intelektualnej, ma kluczowe znaczenie w hodowli roślin i w biotechnologii nowe odmiany roślin, jako szczególne wynalazki podlegają ochronie prawnej w formie wyłącznego prawa hodowcy do odmiany z kolei, roślinne odkrycia biotechnologiczne podlegają patentowaniu 8

9 Wyzwania stojące przed hodowlą roślin (1) zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego i żywności zaspokajanie rosnących potrzeb żywieniowych społeczeństw wdrażanie nowych technik i metod hodowlanych, w tym biotechnologii stymulowanie rozwoju potencjału innowacyjnego w sektorze hodowlano-nasiennym Wybrane pojęcia ogólne z zakresu odporności odmian na choroby i inne stresy Odporność roślin na choroby monogeniczna (wertykalna) poligeniczna (horyzontalna) Tolerancja roślin na choroby i stresy abiotyczne odnosi się do stresów biotycznych, powodujących przez organy żywe i czynniki nieożywione Zdolność odmian do dalszego wzrostu i rozwoju po wystąpieniu silnego stresu (ang. resilience) 1 9

10 Wyzwania stojące przed hodowlą roślin (2) tworzenie odmian i populacji roślinnych dla zachowania bioróżnorodności w warunkach produkcyjnych wytwarzanie odmian i innych materiałów hodowlanych, przydatnych do zrównoważonych, niskonakładowych i ekologicznych systemów gospodarowania tworzenie odmian pozwalających na adaptację upraw do gwałtownych fluktuacji czynników pogodowych Wyzwania stojące przed hodowlą roślin (3) wprowadzanie nowatorskich właściwości morfologiczno-wzrostowych i fizjologicznych roślin w hodowli roślin tworzenie odmian, mogącym sprostać wyzwaniom stojącym przed współczesnym rolnictwem w przypadku stresów biotycznych i abiotycznych znaczenie będą mieć odporność, tolerancja i zdolności odmian do powracania do stanu wyjściowego (resilience) 10

11 Wyzwania stojące przed hodowlą roślin (4) stosowanie metod i narzędzi (w tym statystycznych) do testowania i precyzyjnej oceny materiałów roślinnych, pod kątem: ich przydatności do uprawy w różnych środowiskach agroekologicznych zrównoważonej uprawy na różnych glebach i poziomach intensywności produkcji poprawa skuteczności i wykorzystania wyników analiz interakcji G x E oraz G x E x M Hodowla i badania odmianowe na rzecz zrównoważonego gospodarowania (1) Modyfikacje badań i oceny odporności odmian na choroby: ustalenie hierarchii ważności chorób, w najważniejszych gatunkach roślin zrewidowanie stosowanych skal i metodyk oceny porażenia roślin przez choroby modyfikacje metod opracowywania wyników porażenia odmian przez choroby (zakresy porażenia, zamiast średniego porażenia odmian w latach i w miejscowościach, etc.) 11

12 Hodowla i badania odmianowe na rzecz zrównoważonego gospodarowania (2) Modyfikacje badań odporności odmian, (cd): określanie punktów doświadczalnych, w których poszczególne choroby występują regularnie, w dużych nasileniach pozwalających na skuteczną ocenę efektywności źródeł odporności odmian przez choroby wyznaczenie miejscowości jako punktów referencyjnych nasilenia występowania chorób dla oceny poziomu odporności materiałów roślinnych na choroby monitoring geograficznego rozprzestrzenienia epidemii najważniejszych chorób roślin na terytorium kraju Hodowla i badania odmianowe na rzecz zrównoważonego gospodarowania (3) Modyfikacje badań odporności odmian (cd): zakładanie specjalistycznych szkółek do obserwacji polowych, w celu weryfikacji odporności genetycznej stosowanych źródeł odporności i materiałów hodowlanych, w warunkach naturalnych badania nad integracją walki genetycznej (odmiany odporne) z walką chemiczną (zaprawianie, opryskiwanie), w celu poprawy skuteczności ochrony roślin określanie zjawiska uodporniania się patogenów na odmiany odporne i stosowane fungicydy 12

13 Hodowla i badania odmianowe na rzecz zrównoważonego gospodarowania (4) Modyfikacje badań odporności odmian, (cd): współpraca zainteresowanych stron w zakresie określania genetycznego uwarunkowania odporności odmian na najważniejsze choroby współpraca zainteresowanych stron w zakresie efektywności wykorzystania odmian odpornych w uprawie roślin dalsza integracja działalności jednostek doświadczalnych w ramach PDO (prawie 110 podmiotów w kraju), w kontekście rekomendacji odmian do uprawy modyfikacje badań urzędowych PDO, w kontekście zrównoważonego gospodarowania Pro-ekologiczne modyfikacje programów hodowlanych (1) tworzenie odmian przydatnych do zrównoważonego gospodarowania oraz do niskonakładowych i ekologicznych systemów w rolnictwie modyfikacje prac hodowlanych ukierunkowane na zwiększanie bioróżnorodności upraw: zróżnicowane genetyczne odmiany konwencjonalne odmiany dla rolnictwa ekologicznego heterogeniczne materiały hodowlane, w tym złożone populacje krzyżówkowe 13

14 Pro-ekologiczne modyfikacje programów hodowlanych (2) Modyfikacje programów hodowlanych, powinny uwzględniać : właściwości morfologiczne i fizjologiczne odmian dynamikę wzrostu i rozwoju roślin, zwłaszcza we wczesnych etapach właściwości fenologiczne odporność, tolerancję i zdolności regeneracji roślin (resilience), po wystąpieniu silnych stresów abiotycznych konkurencyjność odmian w stosunku do chwastów Heterogeniczne produkty hodowli roślin (1) w kontekście rolnictwa zrównoważonego, docelowymi produktami hodowli roślin, powinny być : zróżnicowane genetycznie odmiany konwencjonalne, ale spełniające urzędowe kryterium definicji odmiany mieszanki odmian konwencjonalnych i odmiany wieloliniowe materiały hodowlane nie spełniające kryterium definicji odmiany, w tym złożone populacje krzyżówkowe (ZPK) 14

15 Heterogeniczne produkty hodowli roślin aktualne prawo nasienne w UE pozwala na stosowanie heterogenicznych materiałów hodowlanych w oficjalnym obrocie nasiennym, pomimo nie spełniania przez nie urzędowych kryteriów rejestracji i kwalifikacji nasion (2) podlegające obrotowi różne kategorie materiałów heterogenicznych nie spełniające kryterium definicji odmiany, mogą być rejestrowane na podstawie urzędowo uznawanych opisów (ORD), ale nie mogą być chronione prawnie obecnie, ZPK jęczmienia, pszenicy, owsa i kukurydzy znajdują się w obrocie nasiennym w UE, zgodnie z Decyzją KE, z dnia 18 marca 2014 (OJ.L.82/29/2014) Definicja odmiany określona w konwencji UPOV i obowiązująca w schematach nasiennych OECD implementowana w krajowych przepisach prawnych z zakresu nasiennictwa i ochrony prawnej odmian treść definicji odmiany: Odmiana oznacza zbiorowość roślin w obrębie botanicznej jednostki systematycznej najniższego znanego stopnia, która: a) jest określona na podstawie przejawianych właściwości (fenotypowych), wynikających z określonego genotypu lub kombinacji genotypów, b) różni się od każdej innej zbiorowości roślin na podstawie co najmniej jednej z przejawianych właściwości, c) pozostaje niezmieniona po rozmnożeniu, jedynie wyniki badań OWT pozwalają stwierdzić, czy odkrycie biotechnologiczne jest odmianą, czy heterogenicznym materiałem roślinnym 15

16 Tworzenie złożonych populacji krzyżówkowych zbóż (1) wykonanie krzyżowań (w pół-diallelu) 7-10 najlepszych odmian komercyjnych danego gatunku (w określonym typie użytkowym) rozmnażanie uzyskanych populacji (F1 do F9), w różnych warunkach glebowo-klimatycznych oraz w unikatowych środowiskach stresowych (bez prac selekcyjnych) ZPK pszenicy ozimej 16

17 Tworzenie złożonych populacji krzyżówkowych zbóż (2) na poszczególne populacje krzyżówkowe (15-20 tys. roślin) oddziałuje naturalna selekcja, w różnych warunkach środowiskowych i presji czynników stresowych ZPK są porównywane z formami wyjściowymi, pod względem plonowania, odporności na stresy oraz pod względem innych właściwości agronomicznych w późniejszych generacjach rozpoczyna się prace selekcyjno-hodowlane rozmnożenie uzyskanych ZPK jęczmienia jarego 17

18 Schemat tworzenia złożonych populacji krzyżówkowych (ZPK) (1) Schemat tworzenia złożonych populacji krzyżówkowych (ZPK) (2) 18

19 Korzyści z modyfikacji programów hodowlanych (1) zwiększenie bioróżnorodności na polach uprawnych wprowadzenie zrównoważonego gospodarowania w rolnictwie poprawa wysokości i stabilności plonowania upraw (nawet o kilkanaście procent) zwiększenie zdolności adaptacyjnych upraw do zmian klimatu zmniejszenie uzależnienia od kosztownych i niebezpiecznych dla środowiska syntetycznych środków produkcji Zakres badań postępu odmianowego przed wdrożeniem do praktyki rolniczej W Polsce corocznie prowadzi się badania odmianowe na zestawie ponad 1500 odmian z krajowych i zagranicznych programów hodowlanych: badania rejestrowe - ok. 850 nowych odmian zgłoszonych do rejestracji badania porejestrowe na rzecz rekomendacji odmian - ok. 650 odmian wpisanych do rejestrów 19

20 Doraźne modyfikacje badań i doświadczeń odmianowych Charakterystyka środowisk badań i właściwości testowanych odmian : środowiska badań odmianowych muszą odznaczać się dużą zmiennością czynników pogodowych i glebowych testowane odmiany powinny reprezentować jak najszersze spektrum genetyczne ocena wartości gospodarczej i użytkowej odmian oraz ich uzdolnień adaptacyjnych, powinna uwzględniać jak największą liczbę cech i właściwości roślin 20

21 Perspektywiczne modyfikacje badań i doświadczeń odmianowych (1) ocena odmian z zastosowaniem innowacyjnych, nie destrukcyjnych dla roślin, metod pomiarowych i analiz cech i właściwości morfologiczno-wzrostowych roślin: ocena dynamiki indeksu powierzchni liści fotografia cyfrowa temperatura łanu odbicie łanu (canopy reflection) stosowanie dronów i innych nowatorskich metod i technik badania roślin w sezonie wegetacji 21

22 Perspektywiczne modyfikacje badań i doświadczeń odmianowych (2) określanie tzw. referencyjnych środowisk glebowo-klimatycznych : pozwalających na określanie potencjału plonowania odmian przydatnych do oceny stabilności plonowania umożliwiających ocenę odporności odmian na choroby i inne stresy abiotyczne wyznaczanie referencyjnych środowisk do testowania tolerancji odmian na stresy abiotyczne (susza, zimotrwałość i in.) 22

23 Perspektywiczne modyfikacje badań i doświadczeń odmianowych (3) harmonizacja badań i opracowań statystycznych wyników WGO z odmianowych doświadczeń hodowlanych, rejestrowych i porejestrowych ocena odporności i/lub tolerancji odmian na stresy biotyczne i abiotyczne w referencyjnych środowiskach występowania stresów określenie zdolności regeneracyjnych odmian (ang. resilience) po wystąpieniu stresu abiotycznego poszerzanie zakresu analizowanych cech i właściwości roślin, niezbędnych do określania ideotypów odmian 23

24 Zarządzanie uprawą i odpornością odmian na choroby i stresy abiotyczne (1) obecnie na polach obsianych monokulturami pojedynczych odmian, prawie nie funkcjonują naturalne mechanizmy samoregulacji, tj.: potencjał środowiskowy upraw wynikający ze zmienności genetycznej i fenotypowej roślin zjawiska komplementacji, kompensacji i zdolności buforujących w łanie, podczas wzrostu i rozwoju roślin w warunkach dużego zróżnicowania biologicznego 1 Zarządzanie uprawą i odpornością odmian na choroby i stresy abiotyczne (2) implementacja w praktyce rolniczej zjawisk epidemiologicznych,tj. : zjawisko indukowanej odporności na choroby zmniejszenie dostępności tkanki podatnej na jednostce powierzchni łanu działanie roślin odpornych jako barier dla części materiału infekcyjnego wytwarzanego w zróżnicowanym genetycznie łanie 1 24

25 Zarządzanie uprawą i odpornością odmian na choroby i stresy abiotyczne (3) wprowadzanie wielu odmian z różnymi genami odporności na choroby i inne stresy w gospodarstwie, rejonie uwzględnianie struktury populacji patogenów oraz prognozowane występowanie innych czynników stresowych zwiększanie bioróżnorodności pól uprawnych na tyle, na ile pozwalają warunki współczesnego gospodarowania 1 Zarządzanie uprawą i odpornością odmian na choroby i stresy abiotyczne (4) Zwiększenie bioróżnorodności i trwałości odporności odmian na stresy na polach uprawnych można osiągnąć poprzez: właściwe płodozmiany zachowanie terminów siewów i zabiegów uprawnych unikanie monokultur odmianowych uprawa wewnątrz- i międzygatunkowych zasiewów mieszanych uprawa złożonych populacji krzyżówkowych (ZPK) i innych heterogenicznych materiałów roślinnych strategie i techniki uprawy gleby 1 25

26 Modyfikacje odmianowo-agrotechniczne, dla potrzeb zrównoważonego gospodarowania określenie strategii i sposobów pełniejszego wykorzystania odmian odpornych na choroby i inne stresy, w warunkach produkcyjnych zwiększanie efektywności i trwałości odporności odmian na choroby i inne agrofagi na polach uprawnych pełniejsze wykorzystanie postępu biologicznego, poprzez integrację stosowania postępu odmianowego z działaniami agrotechnicznymi i uprawowymi regularne wsparcie ze strony hodowli roślin, doświadczalnictwa odmianowego i transferem wiedzy Korzyści z poszerzonej bioróżnorodności upraw (1) zrównoważone gospodarowanie zasobami naturalnymi (gleba, woda, postęp odmianowy,) i ochrona środowiska naturalnego różnorodność genetyczna łanu buforuje niekorzystne warunki uprawy roślin, efekt łącznego ograniczania skutków stresów biotycznych i abiotycznych, w tym zmian klimatu ograniczanie rozprzestrzeniania się chorób roślin, szkodników i chwastów w rezultacie następuje zwiększenie wysokości i stabilności plonowania upraw 26

27 Korzyści z poszerzonej bioróżnorodności upraw (2) ograniczenie stosowania pestycydów w integrowanej ochronie roślin, oraz w zrównoważonych i ekologicznych systemach uprawy roślin adaptacja rolnictwa do postępujących zmian klimatu redukcja stosowania syntetycznych środków produkcji Dziękuję bardzo za uwagę 27