Poprawa odporności kukurydzy na suszę oraz wydajności sorgo

Zmiany klimatyczne zwiększają ryzyko niedoboru wody, a uprawy kukurydzy i sorgo borykają się z wyzwaniami związanymi z efektywnością wykorzystania wody, mimo że charakteryzują się metabolizmem typu C4. W regionach takich jak Francja kukurydza zazwyczaj zużywa więcej wody nawadniającej niż sorgo, jednak obie uprawy charakteryzują się wysoką efektywnością wykorzystania wody. Chociaż sorgo jest często uważane za roślinę odporną na suszę, tworzenie się jego ziaren jest wrażliwe na niedobory wody, co ogranicza jego uprawę w regionach suchych. Badania genetyczne, w tym eksperymenty z transferem genów, wykazały potencjał w zakresie poprawy odporności na suszę, jednak dostępnych jest niewiele odmian komercyjnych. Genotypy odporne są obecnie stosowane w Meksyku (kukurydza), Afryce Wschodniej (kukurydza) oraz w Indiach i Australii (sorgo). Odporność kukurydzy na suszę uległa poprawie dzięki selekcji, szczególnie w regionach o klimacie umiarkowanym, gdzie nowsze odmiany utrzymują plony w warunkach suszy bez uszczerbku dla ogólnej wydajności. Tropikalne odmiany kukurydzy opracowane przez CIMMYT dla obszarów narażonych na suszę mają niewykorzystany potencjał adaptacji do warunków europejskich dzięki wykorzystaniu zasobów genetycznych teosinte i Tripsacum. Strategie dotyczące tolerancji na suszę są w dużym stopniu uzależnione od konkretnego scenariusza: utrzymanie liczby ziaren może obniżyć jakość plonu w warunkach silnej suszy, podczas gdy korzyści wynikające z głębokiego układu korzeniowego zależą od warunków glebowych. Nie ma uniwersalnego rozwiązania; w hodowli należy priorytetowo traktować cechy dostosowane do konkretnego kontekstu. Reputacja sorgo jako rośliny odpornej na suszę kontrastuje z jego niższą wydajnością w porównaniu z kukurydzą. Roślina ta wykazuje wrażliwość na niedobory wody, a różnice w plonach między uprawami nawadnianymi a nienawadnianymi we Francji sięgają nawet 30 q/ha. Jej odporność może wynikać z utrzymującego się pobierania azotu i wydajnej fotosyntezy przy zmiennej wilgotności gleby. Cecha „stay-green” – przedłużająca aktywność fotosyntetyczną po kwitnieniu – ma kluczowe znaczenie dla odporności na suszę. W Europie hodowla sorgo koncentrowała się na hybrydyzacji poprzez cytoplazmatyczną sterylność męską, jednak postępy były ograniczone przez wrażliwość na fotoperiod oraz ograniczone badania różnorodności tropikalnej. Program USDA z lat 60. XX wieku zmniejszył wrażliwość na fotoperiod, jednak potencjał plonowy sorgo może być z natury ograniczony przez długość cyklu uprawy i tempo rozwoju wiechy. Redystrybucja produktów fotosyntezy lub optymalizacja etapów wzrostu mogłyby zwiększyć plony bez wydłużania cykli uprawy. Badania nad tolerancją kukurydzy na suszę pozwoliły zidentyfikować kluczowe mechanizmy genetyczne i QTL, które są obecnie włączane do programów hodowlanych. Selekcja wspomagana markerami (MAS) oraz badania nad podjednostką B czynnika jądrowego Y (NF-Y) mają na celu poprawę jakości paszowej sorgo oraz jego odporności na suszę. Porównawcze mapowanie genetyczne kukurydzy i sorgo ujawniło zduplikowane segmenty chromosomów, umożliwiając uzyskanie wniosków dotyczących obu gatunków. Chociaż postępy są widoczne, nadal istnieje znaczny potencjał w zakresie zwiększania odporności na suszę poprzez hodowlę dostosowaną do konkretnych scenariuszy, modelowanie genetyczne oraz wykorzystanie różnorodności tropikalnej. Działania te mają na celu utrzymanie wydajności rolnictwa w obliczu rosnącego niedoboru wody.