在一個缺水和缺耕地的世界裡,“食物裡程”的概念不僅是消費者的訴求,還讓人聯想到供應鍊的挑戰以及不斷上漲的燃料成本,設施農業的潛力似乎是巨大的。這是一個價值500億美元的市場機會,由對新鮮、本地、可持續農産品的需求所推動。
設施農業的願景是擁抱高科技,利用植物生長燈,讓農作物在先進自動化和人工智能的受控環境下生長。但是,盡管設施農業農場的運營軟件和硬件不斷取得技術進步,但最複雜的農作物本身的創新卻被忽視了,比如說育種改良。在這個快速增長的市場中,作物育種是保證獲得更高利潤的基礎。
自古以來,農民就收集種子進行繁殖,專注培育在田間條件下表現最好的品種;除了産量,抵禦環境壓力和病蟲害的能力是農民最關心的問題。這樣的育種過程在某種程度上忽視了農作物的味道和質地,但在環境被精确控制的設施農業中,育種家則能夠專注于傳統育種忽略的那些植物性狀,設計具有室内生産特性的農作物來取悅消費者的味蕾并改善供應鍊,釋放種子的最大潛力。
育種為了什麼?
AeroFarms的聯合創始人Marc Oshima認為,對于垂直農場,育種家可以将注意力轉移到對消費者最重要的品質上:味道、芬香、質地和其他與食物品質相關的屬性。擁有高效形态的植物也很重要,這樣它們就可以在室内獨特的環境中輕松維護和收獲。
農田種植的水果和蔬菜的最大育種目标是抗病性。病理學家和育種家合作,必須保持領先于下一種疾病的爆發。設施農業中,盡管白粉病等一些疾病還是能在室内發生,但通常可以通過管理措施加以控制。這讓育種家不必對下一次嚴重病害而提心吊膽,可以将育種的重點轉移到開發和加速新作物發現、種植配方和改進效率,并在室内種植系統中規模化複制。
這些變化使生産者和消費者都受益。生産者将受益于更持久的果實、質量、更快的生長周期和有益的植物形态,而消費者将滿足風味、味道、顔色、質地和營養的需求。
科學家和設施農業公司正在猜測室内種植的許多可能性,例如在植物中生産藥物、增加特定營養素和生物活性物質的含量、更高的蛋白質、以及個性化飲食的食物等等,并有利于改善健康!
誰在為設施農業育種?
設施農業的種植者們大多不自己來做育種,但是傳統種業公司對設施農業的育種服務又顯然不足。拜耳則看到了這種需求。2020年時,拜耳作物科學和淡馬錫成立了獨立的合資公司Unfold,以滿足垂直農場的育種需求。Unfold為所有室内農場提供種子,最近還與垂直農業公司Bowery Farming聯手加速開發專門用于垂直農業行業的新品種。
使用不同的商業模式,美國發展最快的垂直農業公司之一Kalera則在去年收購了育種公司Vindara,開發專為垂直農場環境設計的種子。Vindara的聯合創始人兼總裁Jade Stinson博士認為,農藝學的一些理想特征是作物産量和形态,而食物角度上的重要特征是味道、顔色和質地。
大多數設施農業生産商都在尋求與第三方育種機構,包括大學和種子公司合作。Aerofarms與育種機構進行了多次積極合作,目前正在評估多個第三方開發的專有草莓和啤酒花品種,以适合完全受控的生長環境。
AeroFarms還聯合了康奈爾大學和其他大學合作方,以及美國國家航空航天局、能源部和美國農業部等政府機構,優化包括生菜在内的各種農作物的生長條件。
Sakata Seed America是一家專注設施農業的種子公司。2019年,該公司開始注意到室内農場的專有作物開發。現在,他們與主要的設施農業種植者合作,培育出生菜、芝麻菜、羅勒、甜菜、芥末和小白菜等等,并開始了下一代育種項目。為設施農業行業尋找和提供具有最佳産量、有利的植物形态以及風味、顔色和質地的優質種子。
除了綠葉蔬菜,草莓是設施農業中最受關注的作物之一。垂直農場Plenty和全球知名漿果生産商Driscoll's就曾宣布過一個聯合項目,使用Driscoll專有的種質和漿果專業知識以及Plenty的垂直農業技術來研究和種植Driscoll品牌的漿果品種。
根據Driscoll's全球研發高級副總裁Scott Komar的說法,Driscoll擁有全球最大的漿果基因組合,可以利用Plenty的室内生長環境選取和優化。這為Driscoll提供了顯著的優勢,比其他規模較小、多樣化程度較低的育種計劃領先一步。
育種工具
育種家使用哪些工具來為設施農業進行育種?水果和蔬菜的遺傳和育種曆史不像許多農田作物那樣發達,而且作物數量巨大,但該行業正在迎頭趕上。
育種者正在使用先進的育種工具來滿足市場對營養、高産和美味農産品的需求。他們可以使用的工具是基因組學和計算生物學、分析和深度機器學習,以及更傳統的育種方法,如标記輔助育種和基因滲入。
許多公司和育種者都對基因編輯感興趣,将其視為一種讓育種更快、更精确的工具。然而,在不确定的全球監管環境中,基因編輯仍被用作非商業領域的育種工具,以快速找到感興趣的基因,看看有什麼可能。然後,再使用需要時間和資源的傳統育種方法來開發類似的性狀。
目前,除了去年進入日本市場的高γ-氨基丁酸番茄品種外,任何地方的超市都沒有經過基因編輯的農産品。鑒于消費者繼續對粉紅菠蘿、抗褐變蘋果和抗病木瓜感興趣,基因編輯農産品的未來也可能是光明的。
最後,随着市場的快速增長,育種者和生産者都更加重視開發最适合室内種植的作物品種。育種不僅可以讓作物的農藝性狀發生階躍變化并提高單位經濟性,而且以消費者為中心的性狀創造出差異化産品。設施農業避免了由于氣候原因農作物無法在外生長的壓力,使得我們可以重新評估育種目标,投入到開發滿足消費者對風味、味道、顔色、質地和營養的需求。
設施農業的專用育種是一個尚未開發的巨大機會。我們才剛剛開始了解為室内作物育種的可能性。
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