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광합성 과정을 개선하여 농산물 수확량 증가

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수십 년 동안 과학자들은 세계에서 가장 가난한 지역에서 식량 공급을 늘리고 기아를 줄일 수 있는 감질나는 가능성을 추구해 왔습니다. 광합성 개선; 지구상의 거의 모든 생명체를 지원하는 식물의 생물학적 과정.

이제 연구자들은 광합성의 효율성을 높이기 위해 유전자 변형을 사용하여 대두 식물의 수확량을 증가시켰다고 말합니다. 따라서 기후 변화 및 기타 위협으로 인해 취약한 인구의 식량 공급이 더욱 어려워짐에 따라 이러한 방법으로 인해 언젠가는 더 많은 식량이 제공될 수 있습니다.

과학자들은 두 번의 재배 기간 동안 같은 위치에서 자란 대두 식물에 대한 유전적 변화를 테스트했습니다. 인터뷰에서 그들은 결과가 다른 환경과 기상 조건에서 복제되는지 확인하려면 더 많은 실험이 필요하다는 것을 인정했습니다. 그들의 방법은 또한 농부의 들판에 도달하기 전에 정부의 승인을 받아야 합니다.

가축을 먹이기 위해 재배되는 대두는 시작에 불과합니다. 연구원들은 쌀, 동부 및 카사바와 같은 작물의 수확량을 늘릴 수 있기를 희망합니다.

브라질의 Campos Lindos 근처에서 콩 수확. 농산물 수확량 증가는 특히 세계의 가난한 지역에 혜택을 줄 수 있습니다.

아만다 PD 수자일리노이 대학교 어바나 샴페인의 작물 과학자이자 Science 저널에 발표된 새로운 연구의 저자는 세계가 앞으로 수십 년 동안 식량 수요를 충족시키기 위해 식량 생산을 늘려야 할 것으로 예상된다는 점을 감안할 때 다음과 같이 말했습니다. 유전적 변화는 그것이 필요합니다. “갈 길이 멀다”고 D’Souza 박사가 말했다. 그러나 지금은 가능한 한 새로운 솔루션에 대해 작업할 때입니다.”

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인간 사회가 지속 불가능한 방식으로 토지와 수자원을 사용함에 따라 스스로를 먹일 수 있는 인간의 능력은 압박을 받고 있습니다. 인간 활동으로 인한 기후 변화는 가뭄과 폭풍을 증가시키고 식량 공급을 방해함으로써 이 문제를 악화시킵니다.

농작물 경작과 가축 방목을 위한 산림 개간을 통한 식량 생산은 지구 온난화의 주요 원인 중 하나입니다. 과학자들은 농업에 큰 변화가 없으면 정부의 기후 변화 완화 목표가 위험에 처해 있다고 경고합니다. 그러나 단기적으로 영양실조와 기아 문제를 해결하려면 토지와 기타 자원을 더 많이 사용해야 하며, 이는 온난화를 악화시킬 수 있습니다.

그렇기 때문에 광합성이나 다른 방법을 개선하여 더 많은 토지를 사용하지 않고도 더 많은 식량을 재배하도록 도울 수 있는 과학적 진보가 유망한 것입니다. 지구혁신연구소(Earth Innovation Research Institute)의 다니엘 넵스타드(Daniel Nepstad) 전무이사는 “인류 문명은 더 적은 자원에서 더 많은 것을 얻어야 하는 시점에 있다”고 말했다.

조나단 폴리온실 가스 배출을 줄이기 위해 일하는 비영리 프로젝트 드로다운(Project Drawdown)의 기후 과학자는 작물 공학보다 더 빨리 작동할 수 있는 다른 솔루션이 있다고 말했습니다. 예를 들어, 그는 육류 섭취를 피하거나 음식물 쓰레기를 줄이는 것을 지적합니다.

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그린우드/대두에서 수확할 준비가 된 대두

네브래스카주 그린우드에서 수확할 준비가 된 대두

20세기 후반에 많은 과학자들은 광합성(식물이 햇빛, 물, 이산화탄소를 사용하여 산소와 에너지가 풍부한 탄수화물을 생성하는 과정)의 변화를 작물 수확량 향상을 위한 다음 개척지로 보았습니다. 그러나 그들의 노력은 결실을 맺지 못했습니다. 일부 과학자들은 식물의 광합성 효율 증가가 추가적인 성장으로 이어지는 것을 방해하는 생물학적 요인이 있다고 믿게 되었습니다.

일리노이 대학 과학자들의 새로운 연구는 비광화학적 멸종에 초점을 맞추고 있습니다. 비광화학적 소멸은 태양 손상으로부터 식물을 보호하는 메커니즘입니다.

식물이 햇빛에 노출되면 광합성에 사용하는 것보다 더 많은 빛 에너지를 받는 경우가 많습니다. 언급된 메커니즘은 과도한 에너지를 열의 형태로 안전하게 분산시키는 데 도움이 됩니다. 그러나 식물이 그늘로 돌아간 후에도 이 메커니즘은 즉시 멈추지 않습니다. 따라서 식물은 탄수화물 생산에 사용할 수 있는 귀중한 시간과 에너지를 낭비합니다.

연구자들이 만든 유전적 변화는 식물이 그늘에 더 빨리 적응하는 데 도움이 됩니다. 쌀, 밀, 옥수수, 대두와 같은 다층 식물에서 이러한 추가적인 유연성은 이론적으로 잎 중간층에서 광합성을 증가시킬 수 있으며, 이는 하루 종일 빛과 그늘 사이에서 끊임없이 진동합니다.

2016년에 또 다른 연구 저자는, 스티븐 P. 롱 일리노이 대학의 연구진은 이러한 변화가 담배 식물의 성장을 20% 증가시켰음을 보여주었습니다. 그러나 그의 연구 결과에 의문이 제기되었습니다. 일부 과학자들은 이러한 변화가 광합성을 개선한 것이 아니라 호르몬 수치에 영향을 미쳐 작물 수확량을 증가시켰을 수 있다고 말합니다.

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다른 연구자들은 광합성과 같은 기본 과정이 개선될 수 있다면 분명히 자연 선택이 지금쯤 개선되었을 것이라고 주장했습니다.

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Long 박사는 이것을 진화에 대한 잘못된 해석으로 보고 있으며, 식물 진화의 목적은 번식에 있으며 배고픈 인간이 선호하는 큰 씨앗이나 다른 부분을 생산하는 데 가장 효율적이지 않다고 설명합니다. “진화의 목표는 유전자를 다음 세대에 전달하는 것이며 생산성은 그 중 일부에 불과합니다.”라고 그는 말했습니다.

그와 그의 동료들의 다음 단계는 식량 작물에서 유전적 변화를 테스트하는 것이었습니다. 2020년 일리노이 대학 농장에서 유전자 변형 대두를 재배했을 때 변형 식물 8개 품종 중 5개 품종의 헥타르당 수확량은 비교를 위해 재배한 기존 대두 식물보다 평균 2.24% 높았습니다. 그들은 그랬다. (차이가 통계적으로 유의하지는 않았지만 다른 세 가지 품종도 더 높은 성능을 보였습니다.) 조작된 식물의 종자는 단백질 측면에서도 일반 식물의 종자와 비슷했습니다.

2021년 2차 수확의 결과는 그다지 확실하지 않았습니다. 폭풍으로 인해 식물의 잎이 서로 위로 떨어지게 되어 아래쪽 잎이 영구적으로 그늘지게 되었습니다.

토마스 R. 싱클레어연구에 참여하지 않은 노스캐롤라이나 주립 대학의 작물 과학자는 방법이 효과가 있다고 확신하기 전에 더 많은 지역에서 더 많은 실험 데이터를 볼 필요가 있다고 말했습니다.

Sinclair 박사는 연구에 회의적이며 작물 수확량을 증가시키는 유일한 입증된 방법은 식물이 많은 비료의 핵심 구성요소인 질소와 같은 더 많은 영양소를 흡수하도록 돕는 것이라고 주장합니다.

Long 박사의 팀은 5년 간의 실험을 수행하기를 희망합니다. 그는 또한 열대 대두에도 동일한 변경을 적용하고 푸에르토리코에서 테스트할 계획입니다. 그의 팀의 목표 중 하나는 개발도상국의 농부들이 높은 수확량의 종자를 사용할 수 있도록 하는 것입니다.

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