Sorghum er en af fremtidens afgrøder

Klima Sorghum har en kernesammensætning meget lig majs, dog er sorghum væsentlig mere tørketolerant. Afgrøden findes fortrinsvis i Afrika og Asien, men der er gode muligheder for dyrkning af sorghum særligt i Sydeuropa i de kommende årtier, når klimaændringerne slår mere igennem.

Skadhauge2211x © Birger Lindberg Møller
Momentum+

Produktion af tilstrækkelige mængder fødevarer til verdens befolkning udfordres af klimaforandringer og et voksende befolkningstal. Yderligere er der en erkendelse af, at den animalske produktion er en belastning for klimaet, hvilket medfører en øget efterspørgsel på plantebaserede fødevarer.

De stigende temperaturer, som er målt gennem de seneste 50 år, forventes globalt set at stige yderligere i de kommende årtier.

Dette vil medføre en negativ påvirkning af landbrugsarealerne i subtropiske områder – ofte med længere tørkeperioder til følge. I disse områder dyrkes store arealer af bl.a. majs til modenhed, ofte anvendt som primær stivelseskilde i fødevareproduktionen.

Majs har et højt kerneudbytte under optimale dyrkningsbetingelser. Majsudbyttet reduceres betragteligt ved længerevarende tørke i vækstsæsonen og kan gå helt tabt i dårlige år.

Sorghum har en kernesammensætning meget lig majs, men sorghum er væsentlig mere tørketolerant og kan producere et udbytte selv under længerevarende tørke i vækstsæsonen.

Sorghum er ligesom majs en C4-plante og har derfor en meget effektiv fotosyntese, der med lyset som energi optager og omdanner luftens kuldioxid til kulhydrater under tilstedeværelse af vand.

Udbyttepotentialerne for sorghum og majs er derfor store, men varierer meget afhængigt af vækstbetingelserne. Udbyttet for sorghum kan variere fra 0,3-12 ton pr. ha afhængigt af dyrkningsbetingelserne og den valgte sort.

Mere end 90 pct. af arealerne med sorghum dyrkes i udviklingslande – fortrinsvis i Afrika og Asien. I Europa er sorghum en relativ lille afgrøde, men der er gode muligheder for dyrkning af sorghum særligt i Sydeuropa i de kommende årtier, når klimaændringerne slår mere igennem, og længere tørkeperioder sandsynligvis bliver almindelige.

Sorghum kan modstå tørke 

Forædling af nye plantesorter er en løbende proces, hvor der frembringes nye sorter med højere udbytte og ofte også en bedre kvalitet.

Forædlingen af de mest almindelige kornsorter såsom hvede, majs, ris og byg har i perioden fra 1961 til 2019 medført en to- til tredobling af udbyttet, mens udbyttestigningen i sorghum frem til 1980 overraskende nok kun var ca. 50 pct.  for derefter at flade ud (figur 1).

Figur 1. Gennemsnitligt udbytte pr. ha for byg, majs, ris, sorghum og hvede. 

Selv om udbyttefremgangen i sorghum er stagneret, er arealerne dyrket med sorghum stigende i Afrika (figur 2) hovedsagelig grundet sorghums nævnte tørketolerance samt evne til at gro på dårlige jorde og producere et relativt stabilt udbytte selv med minimal tilførsel af næringsstoffer.

Sorghums evne til at modstå tørke tilskrives plantens evne til at gå i dvale’ hvor planten sammenruller bladene, hvorved det eksponerede bladareal reduceres og fordampningen af vand (transpirationen) reduceres. Yderligere har bladene en overflade indeholdende et vokslag, der beskytter mod udtørring.

Dette bevirker, at sorghum har brug for mindre vand til vækst og kerneproduktion end andre kornsorter. Eksempelvis kræver sorghum kun 141 liter vand, hvorimod majs kræver 170 liter og hvede 241 liter vand til produktion af et kg plantemateriale.

En udfordring ved dyrkning af planter i tropiske og subtropiske områder er de høje temperaturer, som afgrøderne udsættes for midt på dagen. Udbyttet påvirkes negativt, særligt i perioden omkring blomstring. Maksimum dyrkningstemperatur for sorghum er ca. 33 °C mens samme temperatur for majs er 29 °C.

Figur 2. Samlet dyrket areal for sorghum i Afrika, Amerika (syd og nord), Australien og Europa.

Så selv om sorghum er forholdsvis tørke- og varmetolerant, er der stadig behov for udvikling af sorter med forbedret tørke- og varmetolerance, da klimaforandringerne forventes at øge temperaturen yderligere (se også her).

Sorghums tanninindhold har betydning 

Sorghumsorter med hvide kerner har ofte et lavt indhold af tanniner, og denne type er efterspurgt til produktion af mad, øl og foder. Tanninerne mindsker tilgængeligheden af næring, da kernens proteiner – især de prolinholdige lagerproteiner – fastlåses i komplekser med tanninerne, som i sorghum benævnes kafirinerne (se også her).

Ligeledes giver et højt indhold af tanniner en kerne, der kræver brug af mere energi til formalingen.

Sorghum anvendes i Afrika meget som stivelseskilde ved brygning af øl. Typisk erstattes 10 til 40 pct. af bygmalten med sorghumkerner, som tilsættes sammen med bygmalten under brygningen. Sorghum kan også maltes og bruges til brygning af øl uden bygmalt.

​Kvaliteten af sorghummalten er dog ikke på højde med bygmalt. Særligt er den hydrologiske enzymaktivitet mindre i spirende sorghumkerner, og der kan dannes cyanogene glykosider under maltningsprocessen, som kan omdannes til det giftige hydrogencyanid (blåsyre). 

Smagen af øl brygget på sorghum afviger typisk fra øl brygget på bygmalt og beskrives som mere syrlig, bitter og astringerende.

Forædlingsprocessen accelereres

Klimaændringerne, befolkningstilvæksten og den forventede ændrede efterspørgsel på plantebaserede fødevarer fordrer, at selv marginale landbrugsarealer skal udnyttes til produktion af fødevarer. Her er sorghum et oplagt valg til tørre og varme regioner.

Skadhauge2212

Sorghum har mindre brug for vand til vækst og kerneproduktion end andre kornsorter. Eksempelvis kræver sorghum kun 141 liter vand, hvorimod majs kræver 170 liter og hvede 241 liter vand til produktion af et kg plantemateriale.

© Sophie Tulloch

Udfordringerne nævnt ovenfor kalder på en øget indsats på planteforædlingsområdet med fokus på at forbedre kerneudbyttet under tørre og varme vækstbetingelser samt kvaliteten af de høstede kerner.

For at accelerere denne proces har Carlsberg Fondet besluttet at støtte udviklingen af nye, mere tørketolerante sorghumlinjer med forbedret kvalitet. Dette gøres ved at etablere Semper Ardens grundforskningsprojekt CROPS FOR THE FUTURE – et samarbejde mellem Carlsberg Laboratorium, Københavns Universitet og Queensland Universitet.

I projektet forenes viden og teknologi fra de tre laboratorier til at understøtte og drive udviklingen og forædlingen af nye sorghumlinjer.

Forskerne på Københavns Universitet bidrager med årtiers akkumuleret viden om biosynteseveje i planter og deres mulige betydning for plantens evne til at gro under tørke.

Forskerne på Carlsberg Laboratorium bidrager med stor erfaring og indsigt i screening og identifikation af genetiske varianter i planter.

Forskergruppen på Queensland Universitet i Australien bidrager med forædling og dyrkning af sorghum.

Vi leder efter genetiske varianter 

Specifikt vil projektet udnytte tilgængelig viden om, hvordan specifikke gener bliver udtrykt i planter, og hvordan dette kan kobles til tørkeresistens både i sorghum og i andre plantearter.

Der gennemføres en såkaldt metaanalyse, hvor mange studier af genaktiviteten i tørkeramte planter sammenlignes og særlige mønstre identificeres, som kan anvendes til forståelse og udvikling af planters tørketolerance.

Ved at studere detaljerne i genomsekvensen er det muligt at identificere særlige genetiske varianter, som vurderes at have betydning for plantens tørketolerance. Denne viden vil blive brugt til at lede efter lignende genetiske varianter i sorghum.

Skadhauge2211w

De kommende årtiers klimaforandringer kan få indflydelse på dyrkning af majs til fødevareproduktion i subtropiske områder. Udbyttet reduceres betragteligt ved længerevarende tørke i vækstsæsonen og kan gå helt tabt i dårlige år. Sorghum derimod er mere tørketolerant og kan producere et udbytte selv under længerevarende tørke i vækstsæsonen.

© Colourbox

Projektet vil fokusere på undersøgelse af tre hovedområder relateret til sorghums tørketolerance:

  • Korrelationen mellem tørketolerancen efter blomstring og stay green-egenskaben, hvor planterne forbliver grønne under tørkestress og dermed sikrer et højt udbytte. Stay green-egenskaben er korreleret med evnen til at inaktivere reaktive oxygen radikaler og er delvis kontrolleret af cyanogene glykosider. Mange gener formodes at være involveret i stay green-egenskaben, og projektet vil undersøge effekten af de enkelte gener med henblik på at finde veje til at forstærke stay green-effekten.
  • N-Hydroxypipecolsyre er et kendt signalmolekyle, som inducerer stresstolerance i planter. Sorghum har ni CYP79-gener med N-hydroxylerende enzymatisk aktivitet, som formodentlig er involveret i disse signaleringsprocesser. Effekten af de enkelte gener og varianter af disse samt deres regulering vil ligeledes blive undersøgt og den opnåede viden anvendt til at øge plantens respons på stress.
  • Adskillige gener, der kontrollerer blomstring i sorghum, er kendte, og deres funktion i relation til stresstolerance vil ligeledes blive undersøgt

Strategi til at forbedre kvaliteten

Da kvaliteten af de høstede sorghumkerner er vigtig i forhold til det endelige udbytte og anvendelsen til øl, fødevarer og foder, vil projektet også have fokus på øget tilgængelighed af næringsstofferne i kernen samt sammensætningen af denne. Særligt fokuseres på syntesen af lagerproteiner og cellevæggene i sorghumkernen.

Dette sammenholdes med lignende studier i andre cerealier som majs, hvede, ris og byg.

De opnåede resultater bruges til at udvikle ideer til screeningen efter nye genetiske varianter. Ligeledes studeres dannelsen og aktiviteten af de enzymer, som er vigtige for nedbrydningen af cellevægge, stivelse og protein under spiringen, samt de enzymkomplekser, der er involveret i dannelsen af de cyanogene glykosider under spiringen af kernerne.

Skadhauge2213w

Sorghumplanter i vækst i forsøgsmarken. Carlsberg Fondet har besluttet at støtte udviklingen af nye, mere tørketolerante sorghumlinjer med forbedret kvalitet. Dette gøres ved at etablere Semper Ardens grundforskningsprojekt CROPS FOR THE FUTURE – et samarbejde mellem Carlsberg Laboratorium, Københavns Universitet og Queensland Universitet.

© Patrick Mason

Denne viden vil være særdeles vigtig for udarbejdelse af en strategi til at forbedre fødevare- og maltkvaliteten i sorghum. Endelig vil projektet drage nytte af årtiers organoleptiske studier af øl på Carlsberg Laboratoriet til at øge forståelsen og identifikationen af de smagskomponenter, der karakteriserer ’sorghumsmagen’ i øl produceret på sorghummalt.

Hver eneste kalorie er vigtig

Selv om sorghum ikke dyrkes i Danmark, er det vigtigt at støtte udviklingen af forbedrede sorghumsorter, primært til områder, der rammes relativt hårdt af klimaforandringerne. I disse områder sker dyrkningen af afgrøder allerede med lav input af hjælpestoffer og ofte på udpinte jorde.

Det er vigtigt at understøtte produktionen af lokale råvarer, særligt i områder, hvor infrastrukturen og dermed varetransport kan være vanskelig.

Fastholdelse af landbrugsproduktion på marginaljorder i områder med jævnlig tørke vil hjælpe lokalbefolkningen og reducere klimaaftrykket sammenlignet med brug af fødevarer, der skal transporteres over store afstande.

Endelig er hver eneste produceret kalorie vigtig i dag for verdens befolkning, da efterspørgslen på fødevarer vil stige i de kommende år.​