Бразильские исследователи работают над превращением агавы в «сахарный тростник сертана»

Из-за изменения климата в Бразилии расширяется область полузасушливого климата. Данные Национального центра мониторинга и предупреждения стихийных бедствий (CEMADEN) и Национального института космических исследований (INPE) показывают рост на 7500 квадратных километров в год с 1990 года, что эквивалентно пяти площадям города Сан-Паулу.

С целью найти решения для смягчения последствий изменения климата группа бразильских исследователей начала поиск растений с потенциалом для производства биоэнергии, которые можно выращивать в регионах, непригодных для сахарного тростника. Они сосредоточились на изучении агавы (род суккулентных растений, включающий более 200 видов).

Результаты были представлены 14 октября на FAPESP Week Italy Марселу Фалсарелле Караццолле, профессору Института биологии (IB) Университета Кампинаса (UNICAMP).

Потенциал агавы

• В Бразилии основной выращиваемый вид — Agave sisalana, листья которого используют для производства сизаля. Однако этот процесс использует только 4% растения, оставляя много отходов.
• Биоэнергию можно производить как из сока листьев (богатого инулином — типом сахара), так и из жмыха (богатого целлюлозой). Шишки агавы также накапливают много инулина.
• Преимущества: растения требуют меньше воды и удобрений (по сравнению с сахарным тростником), созревают за пять лет и дают до 800 тонн биомассы с гектара.

Научные разработки и вызовы

Исследователи создали банк зародышевой плазмы, собрав различные виды агавы в Бразилии, Мексике и Австралии, и изучают их фенотип.

1. Проблема ферментации инулина:

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae, обычно используемые для производства этанола, не могут метаболизировать инулин (полимер фруктозы). Группа разработала для этой цели генетически модифицированный штамм, на который подана патентная заявка в Национальный институт промышленной собственности (INPI). Также запатентованы модифицированные дрожжи для метаболизма ксилозы из жмыха.

2. Ускорение роста:

Рост агавы считается медленным. Исследователи патентуют соединение, удваивающее скорость роста, и идентифицировали еще четыре многообещающих соединения, изучая их молекулярные основы и механизмы действия.

3. Устойчивость к гербицидам:

Разработано генетически модифицированное растение, толерантное к глифосату (одному из самых распространенных гербицидов в мире). Запатентован протокол генетической трансформации агавы.

Конечная цель проекта — возможность производства из агавы не только этанола, но и биометана, биоводорода и биоугля.

Точное земледелие

Выступление Караццолле было частью дискуссии об агропродовольственных системах и устойчивом развитии.

• Лукас Риос до Амарал (UNICAMP) представил проект по оптимизации сбора почвенных образцов для точного земледелия. Вместо ручного сбора многочисленных проб для создания «карты-предписания» по внесению удобрений, проект использует данные дистанционного (спутники, дроны) и проксимального зондирования (оборудование на тракторах). Цель — повысить эффективность, сократив количество необходимых образцов.
• Вальда Рондели (UNIBO) рассказала о проектах по созданию автономных транспортных средств для сельского хозяйства (включая тракторы) для сбора данных и поддержки принятия решений с помощью искусственного интеллекта.
• Маттео Виттуари (UNIBO) обсудил стимулирование государственной политики для трансформации продовольственных систем, вовлечение граждан и институтов, а также оценку воздействия таких стратегий.