Aki egyszer eljutott a Fülöp-szigeteki Nemzetközi Rizskutató Intézetbe (International Rice Research Institute, IRRI) az tudja, hogy ez a hely nemcsak a rizshez kapcsolódó tudományos tevékenységek központja, de igazi szellemi műhely is, ahol a különböző kultúrák közös nyelvet találnak e gabonanövényen keresztül.
Az IRRI egyike annak a 15 CGIAR központnak (Consultative Group for International Agricultural Research, Nemzetközi Agrárkutatások Tanácsadó Csoportja), amelyek célja, hogy magas szintű kutatási tevékenységük, valamint a szakterületek koordinációja által hozzájáruljanak a mezőgazdaság globális fejlesztéséhez, az élelmezésbiztonság javításához és a természeti környezet megóvásához. Az IRRI központja a Fülöp-szigeteken, Los Banos városában található.
Itt és további 13 Ázsia- és Afrika-szerte elhelyezkedő állomásán több mint 1400 munkatárs dolgozik a rizshez kapcsolódó alapkutatási projektekben, illetve a rizstermesztés és feldolgozás fázisait felölelő alkalmazott kutatási és innovációs programokban. Nevéhez hűen nemzetközi a dolgozók közössége is, egyszerre átlagosan 40 ország kutatói tevékenykednek az IRRI-ben.
A kiemelkedő K+F tevékenységhez nélkülözhetetlen a stabil anyagi háttér is, amelynek 70 %-át a CGIAR alapok és a támogató országok kormányai biztosítják.
És hogy miért van szükség egy ekkora kutatóintézetre a rizstermesztés fejlesztéséhez? A válasz egyértelmű, mert a rizs szerepe az emberiség táplálásában kiemelkedő. A termőterületek 90 %-a Ázsiában helyezkedik el. Ehhez képest Európa 0,5 %-os aránya eltörpülni látszik (World Rice Statistics, 2015). Az EU termelői közül elsősorban Olaszország emelkedik ki, tradicionálisan a Pó völgyében. Magyarország Európa egyik legkisebb rizstermesztő országa.
Az egyes hazai termelők 6-7 t/ha-os rekord gazdasági átlagai azonban időről időre jelzik, érdemes fejleszteni. A hazai rizstermesztő gazdaságok nemcsak a klíma tekintetében fekszenek a rizs számára marginális területen, hanem az országon belül, elsősorban a Nagykunságban és a Körösök-völgyében is a gyengébb termőhelyeket foglalják el. Ha figyelembe vesszük a klímaváltozás hazánkat is érintő előrejelzéseit a rizstermesztés fejlesztése mindenképpen kívánatosnak látszik.
A magyar rizsnemesítési és rizstermesztési kutatások központja Szarvas, a Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ (NAIK) Öntözési és Vízgazdálkodási Önálló Kutatási Osztályán (ÖVKI) dolgozunk a rizstermesztésünk genetikai alapjainak fejlesztésén, illetve az agrotechnikai lépések hatékonyságának növelésén. Az ágazat fejlesztése érdekében tett lépések azonban nem lehetnek elég hatékonyak, ha nem alkalmazzuk a nemzetközi tudományos közösség eredményeit is.
GR 2.0 – A második zöldforradalom küszöbén
Az előrejelzések alapján 2050-re a Föld népessége meghaladja a 9,7 milliárd főt (ENSZ, 2015), ezért a mezőgazdasági termelésnek korábban nem látott kihívással kell szembenéznie, hogy elegendő mennyiségű és minőségű élelmiszert biztosíthasson az embereknek az egyre szűkülő erőforrások mellett. A válasz egyik legfontosabb eleme feltehetően a rizs lesz, hiszen ez az a növény, amely a klímaváltozás és a népességrobbanás által leginkább érintett szegény országok legtöbbjében alapvető élelemnek számít. Az IRRI éppen ezért, mottójához híven („Rizskutatás egy jobb világért”), meghirdette az új fejlesztési stratégiáját második zöldforradalom (GR 2.0) néven. Ez a komplex stratégia nemcsak az IRRI-n belül, de a partnerszervezetek számára is meghatározza a kutatómunka céljait az elkövetkező évtizedre.
A nemzetközi koordináció legfontosabb színtere a CGIAR mellett a Nemzetközi Rizskutatási Partnerség (Global Rice Science Partnership, GRiSP), amelyben az IRRI vezetésével hangolják össze a különböző kutatóhelyek tevékenységét. A GR 2.0 legfontosabb célkitűzése olyan rizsfajták nemesítése és elterjesztése, amelyek „klímabiztosak”, így többek között szárazságtűrőek vagy akár a tartós vízborítást is elviselik, de mindemellett komplex megoldást nyújtanak a ma még sokfelé előforduló emberi hiánybetegségekre (pl. vas, cink) is.
Az élelmiszer-biztonság megteremtéséhez emellett nélkülözhetetlen az agrotechnika, a raktározás és a feldolgozás további fejlesztése is, hiszen nem lehet elég rizst termelni, ha a kártevők megelőzik az embereket. Az előbb felsoroltak alapján ez a forradalom is csak akkor lehet sikeres, ha a tudományos eredmények beépülnek a gyakorlatba és így eljuthatnak a legkisebb és legszegényebb termelőkhöz is.
Az IRRI legfontosabb kutatási irányairól
Az IRRI egyik fontos alapfeladata a rizzsel foglalkozó kutatók, nemesítők és gyakorlati szakemberek közösségének szervezése, szakmai továbbképzésének biztosítása. A Képzési Központ szervezésében ezért évről évre oktatási programokat indítanak felölelve a molekuláris biológiától, a termesztéstechnológián át, az ökonómiai értékelésekig szinte minden, az IRRI által művelt tudományterületet. Az IRRI alapvetően egy nemesítői központ. Az összes kutatási program egyedi céljai mellett azt szolgálja, hogy új, még jobb fajtákat és az ezekhez kapcsolódó technológiákat szolgáltathassanak (1. kép).
1. kép: Az IRRI központi kísérleti parcelláin fajta-összehasonlító vizsgálatok és bemutató állományok váltakoznak. A háttérben a Makiling felhőkbe burkolózó vulkáni kúpja látható
A kiindulási pont ezért a keresztezések hatékony elvégzése, ehhez vákuumos kasztrálókat használnak, amelyekkel a leginkább munkaidő-igényes lépést lehet megkönnyíteni. A Fülöp-szigeteken két szezonban (száraz és esős évszak) történik a növények felnevelése. Szezononként mintegy 1000-1500 keresztezési kombinációt hoznak létre.
Az új, intenzív fajták elterjedése sok esetben a hagyományos tájfajták, genotípusok eltűnését hozhatja magával. A modern fajták nemesítésének pedig az egyik kulcsa épp a tájfajtákban, illetve a vad rokonfajokban meglévő genetikai potenciál lehet. Éppen ezért az IRRI génbankjában, a középtávú és a hosszú távú megőrzést szolgáló, földrengésbiztos raktárakban több mint 124 ezer különböző genotípus magjait őrzik. Ez a rendkívüli változatosság az alapja a fejlesztési programoknak.
Kiemelt cél az értékes gének átvitele a vad rokon fajokból a termesztett fajokba. Az előnemesítés egyik legfontosabb feladata olyan alapanyagok biztosítása a nemesítőknek, amelyek bár közvetlenül nem használhatóak a termesztésben, de segítségükkel továbbfejleszthetőek a fajták. Az Oryza nemzetség tagjait három csoportba osztják: az elsődleges (6 faj), a másodlagos (9 faj) és a harmadlagos (7 faj) fajok közé.
A felosztás alapja a termesztett fajokhoz mért genetikai távolság. Ez a génvadászat különösen izgalmas feladat, hiszen a néhány centiméteres O. schlechteri és a több méteres O. longiglumis is potenciális génforrás lehet. A keresztezések hatékonysága pedig rendkívül alacsony – az egyes csoportok között néhány ezer megporzás eredményeként sikerül egy-egy termékeny szemet előállítani. A munkát természetesen ma már a modern genomika eszköztára is segíti, rezisztencia géneket és QTL-eket azonosítanak, majd azokat felhasználják a genetikai markerekre alapozott szelekcióban (2. kép).
2. kép: A nemesítés komplex megközelítést kíván, ma már elképzelhetetlen a vonalak szelekciója modern molekuláris biológiai módszerek alkalmazása nélkül
Az egyik gyakorlati eredménye ennek a munkának a Pi40 gén azonosítása volt, amellyel a Magyarországon is jelentős kórokozóval, a járványos barnulást okozó Magnaporthe grisea gombával szemben sikerült rezisztenciát biztosítani a nemesített vonalakban.
A nemesítésben is kritikus tényezők a befektetett idő és a felhasznált erőforrások. A korábbi módszerekkel szemben ezért áttértek az egymag-származék (SSD) módszer alkalmazására. A hasadó utódgenerációk növényeit (F2-F6) limitált tápanyagellátás és sűrű vetés mellett nevelik mindennemű szelekció nélkül. Ezt követően a már kiegyenlítettnek tekinthető generációkban vizsgálják a növények komplex alkalmazkodóképességét a több ezres populációkban is használható szelekciós módszerekkel.
A környezeti hatásoknak ellenálló rizsfajták kiválasztása
Mint láthattuk nem elég létrehozni a változatos, nagyméretű populációkat, azokból ki is kell választani az értékes genotípusokat. Az egyes vonalakat (egyszerre 2-3 ezret) ezért párhuzamosan tesztelik a különböző abiotikus és biotikus stresszorokkal szemben, illetve kiterjedt molekuláris genetikai analízisekkel segítik a nemesítők munkáját. Az abiotikus stresszorok közül világszinten a rizstermesztésben a legnagyobb károkat a szárazság, a tartós vízborítás, a magas sókoncentráció és a kedvezőtlen, túl alacsony vagy túl magas hőmérséklet okozza.
Az évente majd 20 millió hektárnyi területet érintő áradásokra lehet megoldás, hogy izolálták a SUB1 QTL-t, amelynek hatására a növények akár 21 napos teljes vízborítást is képesek elviselni (3. kép).
3. kép: A SUB1 QTL hatására a rizsfajták az akár 21 napig tartó teljes vízborítást is túlélik, szemben a QTL-t nem tartalmazó vad típusokkal
A szárazság a rizs esetében furcsán hangozhat az európai fülnek, de ha megnézzük, hogy a világ rizstermő területeinek jelentős részén, majd 74 millió hektáron folytatnak rizstermesztést a természetes csapadékra alapozva, akkor világossá válik, hogy az akár csak néhány hetes csapadékhiányos időszakok is milyen jelentős károkat okozhatnak. Ez a rizstermesztési módszer pedig alapvetően a legszegényebb kistermelők gazdálkodásának az alapja. Ezért a szárazságtűrés fokozása kiemelt kutatási terület az IRRI-ben. Ennek legjelentősebb feltételét a szántóföldi kísérletek mellett egy több mint 3500 m2 felületű automata esőárnyékoló rendszer biztosítja (4. kép).
4. kép: Az új, szárazságtűrő vonalak szemléje a rizsfajták szelekciójához felépített esőárnyékoló rendszer alatt
A szárazságtűrés fokozása nemcsak a természetes csapadék hiányát kompenzálhatja, hanem megnyithatja az utat a rizs alternatív művelési módjai előtt is, mint amilyen az esőszerű öntözésre alapozott rizstermesztés. Ezt a módszert nevezzük árasztás nélküli vagy aerob rizstermesztésnek is, aminek különleges, magyar vonatkozású eredménye az 1992-ben szabadalmaztatott SANORYZA technológia (Simonné, 1992; Ipsits, 1993).
A szárazságstressz és az időszakos áradások is gyakran társulnak a magas sókoncentráció okozta stresszel, ami elsősorban a tengerparti területeken okoz gondot. De ugyanúgy befolyásolja a magas sótartalom a hazai rizstermő területeket is, hiszen jelentős részük szikes talajokon helyezkedik el. Az IRRI évtizedes kutatómunkájának eredményeként ma már rutinszerűen alkalmazható szelekciós módszerek állnak rendelkezésre, sótoleráns rizsfajtákat adtak a köztermesztésnek és izoláltak olyan nagyhatású QTL-eket, mint a SALTOL, amely jelentősen javítja a rizsfajták sótűrő képességét.
Míg napjainkban Magyarországon a kártevők és kórokozók közül rendszeresen gazdasági károkat csak a járványos barnulás okoz, addig a trópusi, szubtrópusi területeken számos ízeltlábú, gomba, baktérium és vírus nehezíti meg a termelők dolgát. Ezek közül a legveszélyesebbekkel szemben kiterjedt üvegházi és szántóföldi rezisztenciaprogramokat folytatnak (pl.: lepkekabócák, baktériumos levélfoltosság, tungro vírus).
Egészségesebb rizsfajták a világnak
A korábban leírt tulajdonságok mellett fontos szelekciós cél, hogy a megtermelt rizs beltartalmi értékeit tekintve egészségesebb is legyen. A világ rizsfogyasztó országaiban – főleg azokban a régiókban ahol a rizs szinte egyedüli élelmiszernek számít – több hiánybetegség kialakulását figyelték meg az egészségügyi szakemberek. Ez egyrészt adódik az egyoldalú étkezés általános előnytelen tulajdonságaiból, illetve abból, hogy több mikroelem és vitamin csak korlátozott mennyiségben található meg a rizsszemekben.
Az IRRI munkatársai eddig több mint 12 000 genotípust vizsgáltak meg és megállapították, hogy bár a vas- és cinktartalom erősen befolyásolt a szezonális hatásoktól és a talajadottságoktól, kitartó szelekcióval növelhető ezeknek az elemeknek a mennyisége. Jelentős probléma a béta-karotin-hiány is, amelyet jól szemléltet, hogy becslések szerint csak Délkelet-Ázsiában 90 millió gyermek szenved e hiánybetegségben és szövődményeiben, amelyre az egyik megoldás lehet a továbbfejlesztett aranyrizs vonalak alkalmazása.
A beltartalom mellett a rizs esetében rendkívül fontosak a malomipari és élelmiszeripari tulajdonságok is, ezért az új fajtajelöltek utolsó megmérettetése az IRRI minőségvizsgáló laboratóriumának falai között zajlik. Itt az egyes célrégiók általánosan elfogadott minőségi követelményeihez, a fogyasztók szokásaihoz (pl. a ragadós vagy a pergős rizs a kedveltebb) igazodva osztályozzák a vonalakat.
Különleges célok, különleges eredmények
A genomikai kutatások egyik jelentős eredménye, hogy az IRRI és partnerintézményei 15 évvel az első rizs genetikai térkép meghatározása után bejelentették, hogy a 3K projekt keretében 3024 rizsfajta genetikai állományát szekvenálták meg. Ezt a rendkívüli adatbázist pedig hozzáférhetővé tették a nemzetközi tudományos közösség számára.
Különleges és ma még a távoli jövőnek tűnő kezdeményezés, hogy a C4 projekt keretében a rizs C3 fotoszintetikus rendszerét a hatékonyabb napenergia-hasznosítást lehetővé tevő C4 fotoszintetikus rendszerre alakítsák át.
Napjaink egyik legdinamikusabban fejlődő területe a hibridrizsek termesztése (5. kép). Az IRRI a nagy szakértelmet és erőforrást igénylő alapvonalak nemesítését végzi, majd non-profit és ipari partnereknek értékesíti a vonalakat, amelyeket azok felhasználhatnak a kereskedelmi forgalomba kerülő hibridjeik kialakításához. A hibridek előállításának kulcsa a hímsterilitás.
5. kép: A hibridrizs vetőmagjának előállítása során a nem kívánt keveredés megakadályozása és a minél hatékonyabb megporzás elősegítése a döntő
A rizs hagyományosan öntermékenyülő faj, de több lehetőség is kínálkozik a hímsteril vonalak előállítására (CMS, fény és hőmérséklet indukálta hímsteril vonalak). Ma már a hibridek nemcsak a termőképességben (15-30 %), de a minőségben is felveszik a versenyt a hagyományos fajtákkal.
A nagy célok eléréséhez nélkülözhetetlen az erőforrások hatékony felhasználása, a rendelkezésre álló információk nagy tömegének kezelése. Ehhez az IRRI partnereivel együtt nagy erőkkel fejleszti az informatikai hátteret. Céljuk egy olyan felhő alapú rendszer kialakítása és gyakorlati alkalmazása, amely valós időben követi az akár különböző földrészeken folytatott kísérleteket is, a megfelelő jogosultságokkal rendelkező vezető kutatók pedig egy-egy genotípusról részletes adatokat kaphatnak néhány kattintás után. Így terveik szerint csökkenthetőek a párhuzamos tevékenységek és elkerülhető az értékes kísérleti eredmények elkallódása.
A kiegyensúlyozott munkakörnyezet
Ahogy a bevezetőben kitértem rá, az IRRI nem egyszerűen egy tudományos központ, ezért nagy hangsúlyt fektetnek a rizshez kapcsolódó kulturális értékek megőrzésére és népszerűsítésére is. Ezért létrehoztak egy „RiceWorld” elnevezésű múzeumot és oktatási központot, amely a rizs fontosságára hívja fel a figyelmet. A nemzetközi közösség lehetőséget biztosít a kultúrák kölcsönös megismerésére és elismerésére.
Az alkotói légkör megteremtése legalább olyan fontos feladata a siker érdekében egy intézetnek, mint az, hogy a lehető legjobb módszereket és legújabb eszközöket használják a tudományos munka során. Ennek érdekében fontos lépéseket tettek, így az IRRI egy jó „márkává” vált az évek során. A kikapcsolódást szolgálják a könyvtár, a múzeum, az étterem, a kávézó és a különböző sportlétesítmények (krikett és kosárlabda pálya, tornaterem stb.) is. A biztonságról pedig saját biztonsági szolgálat, tűzoltóság és mentőszolgálat gondoskodik.
És hogy miért is fontos erről tudnunk? Nos, közvetlenül azért, mert ezek az ismeretek és a különböző értékes tulajdonságokat hordozó rizsfajták a hazai nemesítésen keresztül felhasználhatóak a magyar rizstermesztés versenyképességének javításához is. Az értékes tudományos kapcsolatok kiépítése mellett 2015-ben többek között már alkalmaztuk az IRRI egyik nemesítési módszerét, amellyel sikerült költségkímélő módon növelni a keresztezéses nemesítés hatékonyságát (vákuumos kasztráló berendezés alkalmazásával).
De nemcsak a szűken vett rizstermesztő közösség számára lehetnek hasznosak ezek az információk, mivel a rizs a gabonafélék egyik modellnövényének számít, ezért a hazai gabonafélék nemesítői és a szélesebb kutatói közösség is értékes tapasztalatokat szerezhet.
Fotó: A szerző felvételei
Az AF szaklap átszerkesztett változata Jancsó Mihály: A rizskutatás szívében (2016. 04. 36. old.) című írása alapján.
