根據 2016 年進行的研究，在未來 30 年內，氣候變化可能會使世界上 50% 以上的適宜咖啡種植的土地消失。通過減少適合種植主要經濟作物的土地數量，這樣的變化將對全球數百萬小農產生巨大影響。
假設全球變暖的影響沒有減緩，唯一的解決方案是開發能夠在普通條件下茁壯成長的阿拉比卡咖啡品種。但是就目前而言，競爭者的數量非常有限。
因此，在農林系統咖啡育種項目 (BREEDCAFS) 下，咖啡研究人員正在與全球 17 個合作伙伴組成的聯盟合作。他們在尼加拉瓜、墨西哥、喀麥隆和越南的田地里研究，在丹麥、法國和葡萄牙的環境控制實驗室培育植物，并咨詢現有的科學研究以尋找更多合適的品種。
為了了解更多信息，我與參與這些試驗的利益相關者進行了交談。
減輕氣候變化的影響
Sophie Léran 是一位年輕的分子生理學家，專門研究咖啡并在 CIRAD 工作。她說：“我們的努力是將微調的實驗室控制實驗和嚴格的實地考察相結合，以評估某些咖啡品種，尤其是新的阿拉比卡雜交品種，如何應對氣候變化”。
為了應對氣候變化的影響，未來的咖啡品種必須能夠在更惡劣的環境條件下生存，包括嚴重干旱、極端溫度升高和更高水平的二氧化碳。
然而，對于現有的咖啡品種，生產者可以首先使用農林業技術在較高的樹蔭下進行咖啡種植。
一段時間以來，該行業已經討論了遮蔭種植咖啡的生態優勢。 Jean-Christophe Breitler 是一名阿拉比卡咖啡研究員，他說 “咖啡植物在樹下看起來更好，這是因為水更多，溫度更低”。
雖然在陰涼處種植咖啡通常為生產者提供更有利的氣候，但產量可能會下降多達 40%。這可以通過以下事實來解釋：今天通常種植的咖啡植物是從適應充足陽光條件而不是遮蔭的祖先培育而來的。
Sophie 告訴我，BREEDCAFS 項目的主要目標之一是選擇和測試在質量和生產力方面都適合農林業系統的品種。
為了找到合適的咖啡種類，Jean-Christophe 告訴我，研究人員正在尼加拉瓜、墨西哥、喀麥隆和越南的田間試驗中評估不同的咖啡品種。評估農場種植的植物，并通過多種因素評估其農藝性能，包括生長、產量、生化成分和杯子質量。
他說，在墨西哥、尼加拉瓜和喀麥隆，研究人員正在一系列海拔的淺度和重度遮蔭下測試阿拉比卡雜交品種和當地栽培品種。結果隨后被用于試點育種計劃，并為農林業系統選擇高產雜交品種。
在尼加拉瓜，Jean-Christophe 說，研究人員正在專門研究溫度升高對果實成熟度、豆密度和杯子質量的影響。
在這些試驗中，他指定咖啡植物在不同海拔和溫度的 200 升桶中生長；例如，在 1,500 m.a.s.l 下生長的植物通常暴露在比 750 m.a.s.l 低 5°C 的溫度下。
讓-克里斯托夫告訴我，尼加拉瓜的團隊在這些試驗中收集了大量信息。他說這包括植物本身可見的特征（例如植物高度、咖啡櫻桃大小、果實產量等）。然而，這些信息還包括植物遺傳學、咖啡豆的生化成分和杯子質量，所有這些都可以讓研究人員更好地了解咖啡質量背后的分子機制。
在越南，CIRAD 研究員 Pierre Marraccini 和 CIRAD-ECOM 博士生 Thuan Sarzynski 正在研究植物如何適應農林業系統中的干旱條件。
Pierre 和 Thuan 將相同的阿拉比卡咖啡品種暴露于一系列水方案（例如灌溉、正常降雨和 30% 的缺水），隨后在干燥和潮濕時期記錄了相同的信息點。
Pierre 說，雖然他的團隊確實評估了不同雜交品種在受到水分威脅時的表現，但也關注咖啡品種在干旱威脅結束后恢復的能力。在農業研究中，這就是“復原力”的含義。
在實驗室中對咖啡進行測試
現場試驗是我們能得到的最接近“真實世界”條件的方法。然而，Sophie 解釋說，鑒于與許多其他波動環境因素的相互作用，很難研究和理解該領域中一個特定參數的影響。這使得很難確定植物的哪一部分響應與給定的氣候變化有關。
Sophie 告訴我，蒙彼利埃 CIRAD 的 CoffeeAdapt 團隊正在研究氣候變化對咖啡植物的影響，重點是溫度升高造成的損害。雖然氣候變化通常主要與平均溫度升高有關，但它也會導致更頻繁和更嚴重的熱浪。
Sophie 說：“通過使用設置了最佳生長條件（光、溫度、濕度、CO2 等）的生長室，并且只改變一個參數，我們可以分解特定的影響，突出耐受或抗性品種，并確定分子對壓力的適應性反應所涉及的機制。
“這些房間是強大的工具，使我們能夠模擬田間條件，同時避免氣候變化（如風、降雨、云）以及病蟲害，”她解釋道。 “在這個例子中，我們使用這些生長室來模擬熱浪。阿拉比卡雜交種連續 10 天暴露在 42°C 的溫度下。在此期間，我們每天都在收集樣本和數據。
“我們注意到三天后葉子上出現了第一個燒傷癥狀。我們現在計劃測試其他品種，以在未來找到一些有彈性的植物，并確定一些對熱應力更具彈性的植物。
“這項實驗實際上是在 2019 年 6 月歐洲真正的熱浪破壞其他作物的幾個月前進行的。我們最糟糕的預測與現實相差不遠！”
除了 Sophie 和她在葡萄牙蒙彼利埃的團隊之外，里斯本大學農業學院的博士研究員 José C. Ramalho 正在測試咖啡植物在預計的未來環境條件下的恢復能力。
“[在這些房間里]，你可以看到發生了什么，細胞中發生了哪些變化，在高二氧化碳水平下的植物中，在干旱、炎熱、寒冷……任何你想要的情況下，”他說。 “我們相信，未來幾年二氧化碳水平仍會大幅增加。”
因此，他說他正在組織實驗，在“高二氧化碳水平、不同溫度和不同可用水水平”下對植物進行壓力測試。
他說目前還不清楚這些植物會如何反應，但他指出，在某些情況下，預測預計某些品種的表現甚至會比平時更好。 José 說：“如果我們能夠在不變暖的情況下實現更高的二氧化碳排放量，[一些] 植物會產生更多。”
一般來說，里斯本大學和 CIRAD 研究人員預計，他們正在測試的新咖啡雜交種將能夠耐受和適應日益惡劣的環境條件，包括更高的二氧化碳水平、更少的水和更多的熱量。然而，何塞說他們對“適應和適應不再可能”的“拐點”特別感興趣。
在哥本哈根大學，研究人員還利用他們的設施在受控條件下種植咖啡。 Anders Raebild 和 Athina Koutuleas 是兩位對光強度適應感興趣的生態生理學家。
在這些試驗中，Anders 和 Athina 正在模仿咖啡生產者在農林業系統中種植植物時自然發現的不同密度的遮蔭樹。他們在五種不同的光照水平下與親本一起種植阿拉比卡雜交種，隨后測量它們的光合作用、生長速度和櫻桃發育的能力，以及強調這些特征的基因表達。
“盡管我們在全球北部的光照條件很差，但我們還是設法在與熱帶環境中自然生長相似的時間點培育了含櫻桃的咖啡植物，盡管咖啡豆只夠喝幾杯咖啡， ”雅典娜說。 “我們很可能是目前丹麥唯一認真種植咖啡的人。”
分析田間和生長室試驗的數據
來自田間和生長室試驗的數據最終找到了位于戈爾韋愛爾蘭大學的博士后研究員 Marcus McHale 的途徑。所有記錄的數據都存儲在 Marcus 開發的 BREEDCAFS 數據庫中。到目前為止，已有超過 16,000 棵樹木被列入清單并單獨標有唯一代碼。
首先，對于 Jean-Christophe 和 Pierre 在戶外田間試驗中的工作，Marcus 記錄了咖啡植物的所有可測量特性（例如莖直徑、葉子大小等）。然后，他相應地預測哪些身體特征可能與積極的結果有關。
Marcus 說：“例如，現在我們正在預測與產量相關的性狀，例如高度或樹干直徑。”
這對農民來說是有價值的。 “如果你給我 10,000 個個體 [植物] 的數據，我可以對它進行排序并立即告訴你哪些價值最高，”馬庫斯說。分析后，這些信息會傳回給研究人員，他們為下一代試驗植物培育這些選定的咖啡。
隨著植物生長、結出果實并提供更多數據，這些信息會循環回模型以使其更加準確。然而，馬庫斯補充說，通常不清楚為什么植物中的某個物理屬性可能與更高的產量相關——我們只知道它是。
然而，他補充說，根據生長室試驗的信息，可以使用轉錄組學分析（一種分析植物基因組成的方法）了解哪個特定基因導致哪個理想特性（例如更高的產量）。這有效地提供了某個時間點所有相關基因的“屏幕截圖”。
在生長室中進行的實驗結束時，將植物切碎，在液氮中快速冷凍，然后送到專業實驗室進行基因組測序和生化分析。
Marcus 然后以類似的方式分析這些數據。他說，例如，有數據表明，與咖啡植物葉子上允許其“呼吸”的微觀開口大小之間存在遺傳聯系。
理論上，咖啡育種者然后可以查明這個特定的基因，并將其提供給生產者在更多的測試環境中，例如那些二氧化碳水平高得多的環境。假設這些植物將能夠更好地應對氣候變化的影響。
通過結合田間試驗和受控條件試驗，研究人員已經能夠研究咖啡植物以及某些品種對氣候變化影響的可能反應。這涵蓋了從農林業系統中咖啡樹的行為到某些理想或不良特征的遺傳表達。
BREEDCAFS 研究人員在整個項目過程中考慮了農民的需求。他們通過在所有相關國家的調查以及利用咖啡消費者的期望來尋求對特定品種的反饋。在所有的現場試驗中，樣品隨后被送到當地或歐洲的咖啡烘焙商（包括 Illycafè）以評估杯子的質量。
盡管咖啡行業面臨氣候變化方面的挑戰，但這個廣泛而全面的項目正在努力尋找解決方案。相關利益相關者希望該項目能夠出現品種，并為消費者提供高質量的杯子外形，同時提高生產者的產量和彈性。如果是這種情況，從長遠來看，咖啡農將能夠增加他們的財務安全，并有望減輕氣候變化對其生計的影響。
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