Nakolik a jakým způsobem ovlivňují klimatické změny růst plodin?
Naprosto zásadně. Zvýšení globální průměrné teploty o jeden stupeň může znamenat snížení výnosu hlavních plodin o tři až sedm procent. Kdyby mělo dojít ke zvýšení teploty o více než několik stupňů, tak by to podle predikcí byla katastrofa. Úroda by se snížila až o desítky procent. Nejde jen o efekt teploty jako takové. Vyšší teplota znamená vyšší výpary, vyšší ztráty vody. Rostliny jsou také vystaveny teplotnímu stresu, který negativně ovlivňuje fotosyntézu.
Jak velký problém je to již nyní?
Problém to je, jde o to, o jaké části světa hovoříme. Rozšiřují se plochy, na kterých již nelze pěstovat zemědělské plodiny, jako je například Sahara. Bohužel ale přibývá i oblastí, na kterých lze plodiny pěstovat jen s obtížemi. Můžeme sice využít umělé zavlažování, ale to je jen krátkodobé řešení, protože trvalým zavlažováním vodou ze studní se zasolí půda - voda se odpařuje a soli v ní zůstávají. To jsou ty krásné zelené kruhy v pouštních oblastech, které ale bohužel představují jen krátkodobé řešení.
Co se s tím tedy dá dělat?
Je víc možností, jak nejen zajistit dostatečnou produkci plodin, ale i jak ji navýšit. To je nutné, protože lidí na Zemi rychle přibývá. Do roku 2050 nás má být zhruba o 2,5 miliardy více než nyní. Mezi řešení, o kterých se uvažuje, patří takzvané bezorební zemědělství, které snižuje ztráty vody a množství uvolňovaného CO2. Mluví se také o precizním zemědělství, kdy se každá plocha bude obdělávat trochu jinak - bude se například jinak hnojit a bude se na ni vysévat odrůda dané plodiny, která je nejlépe přizpůsobená mikroklimatu této plochy.
My se zabýváme genetikou rostlin, která pomůže při šlechtění zemědělských plodin přizpůsobených novým podmínkám způsobeným klimatickou změnou. Možností, jak toho docílit, je více. Jednak je možné vylepšit vlastnosti současných plodin, jako je pšenice, ječmen nebo žito. Nebo jim přidat vlastnosti, které jim chybí, jako je odolnost vůči chorobám a škůdcům či lepší tolerance sucha. Toho lze docílit přenesením genů z planých příbuzných druhů rostlin. Další, radikálnější způsob je domestikace planých druhů rostlin.
Co to znamená?
Lidstvo domestikovalo plodiny přibližně před pěti až deseti tisíci lety. Během tohoto procesu a následného šlechtění si plodiny zachovaly vlastnosti preferované člověkem, ale zároveň mohly ztratit vlastnosti, které v zemědělství nebyly potřebné. Najednou ale zjišťujeme, že kvůli měnícímu se klimatu potřebujeme, aby plodiny měly vlastnosti, o které domestikací přišly nebo které nikdy neměly. To je ta zmíněná odolnost vůči chorobám, škůdcům a nepříznivým podmínkám.
Samozřejmě, že z pšenice neuděláme kaktus. Ale existuje mnoho planých druhů rostlin, které potřebné vlastnosti mají. Téměř jistě i proto, že jsme je nedomestikovali. Jsou proto schopné přežívat i při vyšších teplotách, v suchu nebo v jiné nepřízni počasí. Nabízí se tedy možnost plané rostliny zušlechtit tak, jako to lidstvo udělalo na počátku zemědělství před tisícovkami let. Jenom to potřebujeme udělat během mnohem kratší doby. Díky novým poznatkům genetiky rostlin a novým metodám je to do značné míry reálný cíl.
Takže vy se snažíte najít například alternativu pšenice, ale takovou, co bude schopna růst i třeba na Sahaře?
Na Sahaře asi ne. Ale když to velmi zjednoduším, snažíme se domestikovaným rostlinám dodat vlastnosti, o které přišly nebo které nikdy neměly. Oproti tomu plané rostliny je možné vyšlechtit tak, aby měly vyšší výnos a získaly vlastnosti, které už naše plodiny - třeba pšenice - mají. Mezi ně patří schopnost naráz vyklíčit nebo zachovat zrníčka v klasech, aniž by z nich samovolně vypadala. Je tedy možné oboje.
Například naši kolegové v Saúdské Arábii, se kterými na výzkumu některých rostlin spolupracujeme, se soustředí na šlechtění planých rostlin. To jsou ale dlouhodobější projekty a v Česku by to podle mě teď nedávalo smysl, protože tu nemáme tak extrémní podmínky pro zemědělství jako v Saúdské Arábii.
Můžete uvést nějaký konkrétní příklad rostlin, na kterých pracujete?
U nás v ústavu studujeme například dědičnou informaci pšenice, ječmene, žita. Ve spolupráci se Saúdskou Arábií pak pracujeme třeba na výzkumu rosičky útlé, která by jednou mohla v některých oblastech nahradit tradiční obilniny. Snažíme se ji vylepšit tak, aby měla lepší vlastnosti i výnos, který se dnes pohybuje kolem 0,7 tuny na hektar. Pro srovnání, u pšenice je to nejméně desetinásobek. A to také proto, že šlechtění plodin po celou dobu směřovalo k výnosu. O to více se naše plodiny vzdálily svým planým předchůdcům.
A když zůstaneme u té rosičky, jaké vlastnosti by měla mít?
Potřebujeme například, aby byla odolná vůči chorobám a škůdcům. Do nedávné doby se používaly postřiky proti houbovým chorobám, dnes je ale řada postřiků v Evropské unii zakázaná a zemědělci mají stále menší seznam chemikálií, které mohou použít. Přitom pokud plodiny napadne třeba rez, může zničit úrodu. A jedinou ochranou je právě postřik. Takže my se rosičku snažíme vyšlechtit, aby sama o sobě byla odolná vůči napadení.
Tato rostlina je jen částečně domestikovaná a pěstuje se v suchých oblastech Sahelu (část severní Afriky za jižním okrajem Sahary, pozn. red.). Má výjimečnou schopnost přinášet úrodu i v nepříznivých podmínkách. V té oblasti je to jedna ze základních potravin, kterou tam sklízí ručně, ručně ji i mlátí, odstraňují obaly zrníček. Výsledkem jsou malá bílá zrníčka, ze kterých se získává mouka a připravuje se z nich třeba kuskus, kaše nebo alkoholické nápoje. My jsme se podíleli na čtení genomu rosičky, což je nezbytný předpoklad pro využití metod molekulární biologie a biotechnologie. O této rostlině mluvíme nejvíc, protože jsme se s ní zatím dostali nejdál. Spolupracujeme ale i na dalších rostlinách.
Jakých například?
Mohu zmínit třeba planou asijskou rýži, která je odolná vůči vysokým koncentracím soli v půdě. Saúdská Arábie trpí kritickým nedostatkem srážek a část půdy je zasolená kvůli umělému zavlažování. Řešením může být pěstování rostlin, kterým zasolená půda nevadí. Spolupracujeme také na výzkumu datlovníku pravého - palmy, která se hojně využívá v potravinářství, ale i třeba v kosmetickém nebo chemickém průmyslu nebo jako zdroj dřeva či krmiva. Dále zkoumáme sukulent slanorožec, který by mohl být používán k výrobě oleje či jako krmivo pro zvířata.
Jak probíhá vaše spolupráce s vědci ze Saúdské Arábie?
Univerzita v Saúdské Arábii se snaží najít řešení a my jí pomáháme dosáhnout cíle. Využívají našich poznatků, které jsou potřebné pro nové metody šlechtění rostlin. V některých metodách, jako je například studium struktury chromozomů, patříme ke světové špičce. A námi získané poznatky se dají využít jak ke zlepšení současných domestikovaných plodin, jako je pšenice, tak i k vylepšení planých rostlin. Ale i nám spolupráce se Saúdskou Arábií mnoho dává, protože pracujeme na řešení problémů, které se, byť s menší naléhavostí, dotýkají i nás v Česku.
Jak jste se ke spolupráci se saúdskými vědci dostal?
Kontakt s Technickou a přírodovědeckou univerzitou krále Abdalláha začal už před lety, kdy tam naši kolegové začali pracovat na výzkumných pozicích. Univerzita se snaží zaměstnávat špičkové vědce z celého světa a dnes tam pracuje řada dalších kolegů z celého světa, se kterými jsme spolupracovali ještě před jejich odchodem do Saúdské Arábie.
Dokázal byste laicky popsat, na čem se nyní podílíte?
V současné době naše spolupráce spočívá především ve čtení dědičné informace rostlin. To je startovací bod, od kterého se odvíjí další modifikování rostliny. Spolupracujeme také na izolaci genů odpovědných za odolnosti vůči chorobám a škůdcům. Snažíme se pochopit, jak vypadá dědičná informace vybraných druhů rostlin a které části odpovídají za určité vlastnosti rostlin.
