Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Att odla flera matgrödor tillsammans är ett mer hållbart jordbruk som efterliknar mycket produktiva vilda växtsamhällen. Denna process, känd som intercropping, drar fördel av kompletterande egenskaper hos olika typer av grödor för att maximera produktionen och minimera behovet av gödningsmedel och andra miljöskadliga metoder. Ursprungsbefolkningen i Nordamerika har till exempel länge odlat majs, bönor och squash tillsammans för att maximera avkastningen för varje planta och minska behovet av vattning eller gödning.
"De flesta kommersiella grödor har dock fötts upp för egenskaper som gör dem mycket produktiva i enstaka grödor", förklarar huvudförfattaren Laura Stefan, en före detta Ph.D. student vid ETH Zürich och nu postdoktor vid Agroscope, Schweiziska edsförbundets institut för jordbruksforskning. "Dessa grödor kanske inte är väl lämpade för odling i system med flera grödor, vilket kan minska fördelarna med samodling."
För att lära sig mer om olika grödors anpassningsförmåga odlade teamet vete, havre, linser, lin, camelina och korianderarter i små tomter. Tomterna omfattade 13 kombinationer av två arter, fyra blandningar av fyra olika arter, växter som växte individuellt eller i enartade skiften, i gödslade eller ogödslade tomter. Teamet upprepade experimenten i tre på varandra följande år, varje år med hjälp av frön som samlats in från tomterna från föregående år för att bedöma generationseffekterna av odling i olika system. Tredje året mätte de växternas egenskaper och produktivitet.
De fann att växter som odlats i samma miljö med flera grödor i två generationer anpassade sig för att konkurrera mindre och samarbeta mer med varandra. Avkastningsfördelen för dessa multiartsgrödor jämfört med monokulturgrödor ökade dock endast i gödslade tomter. Under två generationer blev växter som odlats tillsammans i antingen monokulturer eller blandarter högre. De producerade också "billigare" eller tunnare löv, vilket tyder på en tillväxtstrategi förknippad med snabb biomassaproduktion.
"Vår studie visar att ettåriga grödor snabbt anpassar sig till att bli mer samarbetsvilliga under bara två generationer, men detta leder inte till ökade skördefördelar utan gödningsmedel", säger medförfattaren Nadine Engbersen, som arbetade med studien som doktor. student vid Institutet för jordbruksvetenskap vid ETH Zürich, Schweiz. "Oväntat växte växterna alla till att ha fler liknande egenskaper snarare än att specialisera sig för att fylla en unik nisch."
Författarna föreslår att studiens korta tidsram - över bara tre år - kan förklara varför mer differentiering inte inträffade. Det är osannolikt att många genetiska förändringar inträffade under den tiden. Emellertid kan genetiskt urval av särskilda genotyper ha förekommit för de arter med existerande genotypisk variation. Dessutom kan epigenetiska modifieringar som slår på eller av gener förklara några av de observerade växtanpassningarna. Mikrober eller näringsresurser som överförs från en växtgeneration till nästa via frön kan också förklara några av dessa snabba anpassningar.
Långsiktiga studier kan observera fler anpassningar orsakade av genetiska mutationer eller genetisk rekombination, omarrangemang av växt-DNA-sekvenser. De nuvarande resultaten tyder på att selektiv avel kan ge upphov till egenskaper som optimerar samarbete och avkastning i flerarter.
"Våra resultat har viktiga konsekvenser för övergången till ett mer diversifierat jordbruk", avslutar seniorförfattaren Christian Schöb, chef för Agricultural Ecology Group, tidigare vid ETH Zürich och nu vid University Rey Juan Carlos. "De föreslår att förädling av växter för att växa i blandarter kan ytterligare förbättra avkastningen och minska behovet av gödningsmedel och andra skadliga metoder."
Forskningen publicerades i eLife . + Utforska vidare
