引用: 郭華仁 2021 對應氣候變遷的植物育種與有機育種。觀點種子網20220116。
http://seed.agron.ntu.edu.tw/publication/article20220116.html

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對應氣候變遷的植物育種與有機育種

氣候變遷的衝擊農業生產,如何進行調適,來提高農業對氣候的韌性,已是無法避免的 課題。

提高農業韌性有各種方法(),其中的重點在於增進土壤健康以及育成具氣候韌性的品種。增進土壤健康的方法在於採用生態、再生有機農法,而育種則面臨困難,這是因為氣候變遷,包括氣溫與與雨量在各地方、各年度的狀況不一,不容易預測,這兩個因素如何影響病菌、害蟲、與雜草的危害作物,也很難掌握。主流育種的強調遺傳均質,就無法確定種目標,就算目標確定,育成後難免因為氣候環境的迅速變化而無法適用。

面對氣候變遷的「演化」,透過「演化植物育種 Evolutionary plant breeding」,提高農作物遺傳多樣性是可以嘗試的育種手段。演化植物育種主要是混合若干傳統(優良)品種,形成遺傳多樣性高度的作物族群來種植,透過天然選擇,作為演化族群,每代選種供下一代種植,不斷變化的作物族群可以成為具有氣候韌性,並且持續優良的作物品種。

其實早在1929年,就有育種家察覺遺傳均質的缺點,因此推出增加種子族群遺傳歧異度的方法,就是後來的多系品種與混合品種、合成品種等,犧牲一點點均質性,而達到抵抗逆境的作用。這些方式雖然不是主流,卻也在1950年由美國農藝學者Coit Suneson提出「演化植物育種」。

主流育種是研究機構或種子公司在自家農場,農藥肥料施用充足的情況下,育成遺傳均質的好品種,把這些商業種子推廣或販售給農家。

所謂遺傳均質,指的是田裡面每株農作物長得一致。這樣的特性很合適近代農業生產方式,因為生長期一致才能夠一天內全部採收,特別是需要機械採收者。一般而言,玉米、高粱、甘藍等異交作物都採用雜交一代育種,農民買到的一代種子遺傳很均質,種下後生長很一致,但所留種子遺傳很混雜,因此農民每年都需要購買一代種子。

自交作物品種的遺傳也很均質,所留種子也一樣,如水稻、小麥、大豆、番茄。不過種子公司為了提高利潤,番茄也推出雜交一代品種,每年賺種子錢。

然而這些商業種子需要在農藥化肥施用充足下,其優良特性才能夠充分表現出來;而其遺傳均質的特性,在遇到環境問題難以克服時,反而容易整個田區損失慘重。這樣的情況在氣候變遷的年代,以及將來農藥化肥價格昂貴時,以及不用農藥化肥的有機耕作上,情況會更加嚴重。

就此,義大利學者Salvatore Ceccarelli在去年發表兩篇相關論文(),一篇是倡議透過演化植物育種來對付氣候變遷的複雜性,另一篇指陳有機農業與演化族群能夠兼具調適與減輕的作用,用以對抗氣候變遷。

Ceccarelli多年來致力於研發、推廣農民的「參與式育種」,分別於20092012年出版兩本相關書籍,第一本是《植物育種與農民參與》,第二本是《農民植物育種的技術手冊》。參與式育種可以創造均質性高的品種,也能夠透過演化植物育種,創造出演化中的種子族群。

演化植物育種的程序可以分成三個階段,與主流育種沒有兩樣,即1. 產生變異、2. 選種,找出更優良的遺傳組合、3. 推廣、售出與播種生產。當然內涵上有所不同。

在演化植物育種,產生變異的方式是取多個品種進行各種可能組合的雜交,取各雜交第一年後代,或者第二代的種子,混合成演化式族群,然後送給不同地區的農家種植,這些地區會代表不同逆境,例如缺水區、淹水區、病害嚴重區、害蟲嚴重區、土質惡化區、低溫傷害區….,或者有機農法區等。(在有機育種,各不同逆境的區域都行有機農法。)

農家年復一年的種植下,透過天然選擇以及人為選擇(農人與育種家合作選種,或者農人自行選種),選出演化中的優良族群,或者較為純質的品種。以族群作為種植者大抵上是農民留種自用,而以品種做為種植者常需要透過育種家進行品種的測試。

伊朗永續發展中心在Ceccarelli的協助下,從2008年開始進行大麥的演化植物育種,由乾旱地區國際農業研究中心(ICARDA)取得千多個品種進行,讓農民手上的種子越來越能適應各地方氣候的變遷。其他機構也針對小麥進行演化植物育種,到了2017年,已經有17個省約310名農民種植於400多公頃的農地上。

法國、意大利種植小麥進化族群,證實不僅可以提高產量及其穩定性,還可以增進麵包的香氣和質量。意大利目前也針對對番茄、豆類和櫛瓜等作物上採用進化族群,得到有機環境下優良的播種材料。

歐盟有機規範對於有機種苗的觀點經過若干調整。最早是規定品種一定要具備可區別性、一致性、穩定性,後來鑒於有機農法講求遺傳多樣性,因此在2008年提出「保育品種Conservation variety」的項目,放寬一致性、穩定性的認定。

歐盟進一步在新的有機規章(2018)針對有機種子,增納了「異質性有機材料organic heterogeneous material」,在符合規範的情況下,允許均質性不足的播種材料,雖然不能視為品種,但仍可以生產、販賣、播種(第十三條)。這讓演化族群以及演化植物育種得到發展的動力。https://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/ALL/?uri=CELEX:32018R0848

 

※※ Ceccarelli 的主要著作

1.     S. Ceccarelli et al. (eds.) 2009 Plant Breeding and Farmer Participation, FAO, Rome. https://www.researchgate.net/publication/257657293_Plant_Breeding_and_
Farmer_Participation
另見:http://e-seed.agron.ntu.edu.tw/0131/131tech.htm

2.     S. Ceccarelli 2012 Plant Breeding with Farmers – A Technical Manual. ICARDA, Syria. https://www.researchgate.net/publication/236962212_Plant_Breeding_with_
Farmers_-_a_Technical_Manual_ICARDA_Aleppo_Syria
另見:http://e-seed.agron.ntu.edu.tw/0175/175tech.htm

3.     S. Ceccarelli and S. Grando 2020 Evolutionary plant breeding as a response to the complexity of climate change. Iscience: 101815. https://www.cell.com/iscience/
pdf/S2589-0042(20)31012-9.pdf

4.     S. Ceccarelli et al., 2020 Organic agriculture and evolutionary populations to merge mitigation and adaptation strategies to fight climate change. South Sustainability 1.2 (2020): e013-e013. https://revistas.cientifica.edu.pe/index.php/southsustainability/article/
download/730/736

 

※※ 其他:

1.         M. Salimi et al., 2017 Evolutionary populations: Living gene banks in farmers’ fields. Ceneste, Iran. http://www.fao.org/3/a-bt149e.pdf

2.         G. Campanelli et al., 2019 Multi-parental advances generation inter-cross population, to develop organic tomato genotypes by participatory plant breeding. Agronomy  9: 119. https://www.mdpi.com/2073-4395/9/3/119

3.         F. Rey et al., 2020 Success stories on organic seed production & breeding. LIVESEEDIFOAM Organics Europe, Brussels. https://www.liveseed.eu/wp-content/uploads/2021/02/FNL_BOOKLET_3-WEB-SMALLER.pdf

4.         M. Petitti 2020 From Cereal Populations to Organic Heterogeneous Material: success stories and lessons learned in Italy. la Rete Semi Rurali, Scandicci, Florence. https://www.liveseed.eu/wp-content/uploads/2021/09/EUCARPIA_GC_MatteoPetitti_26.8.2021_Final-min.pdf

5.         R. Bocci et al., 2020 Yield, yield stability and farmers’ preferences of evolutionary populations of bread wheat: A dynamic solution to climate change. European Journal of Agronomy, 121: 126156. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1161030120301635

6.         B.K. Joshi et al., 2020 Concept and rationale of evolutionary plant breeding and its status in Nepal. Journal of Agriculture and Forestry University 4 p. 1-11. ISSN: 2594-3146. http://afu.edu.np/sites/default/files/Concept and rationale of evolutionary plant breeding and its status in Nepal.pdf