C₄ культуры менее чувствительны к озону, чем C₃ культуры

Приземный озон (O₃) негативно влияет на рост и развитие сельскохозяйственных культур, вызывая значительное снижение урожайности во всем мире. Этот загрязнитель воздуха образуется в результате реакции оксидов азота и летучих органических соединений на солнечном свете.

Исследователи из Центра инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) изучили влияние повышенных концентраций O₃ на пять C₃ культур (нут, рис, фасоль, соя, пшеница) и четыре C₄ культуры (сорго, кукуруза, мискантус гигантский, просо прутьевидное).

Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что C₄ культуры гораздо более устойчивы к высоким концентрациям O₃, чем C₃ культуры.

Разница в фотосинтезе и устойчивости

Разница между C₃ и C₄ растениями заключается в пути фиксации углерода при фотосинтезе. У C₄ растений этот путь пространственно разделён: начинается в мезофильных клетках на поверхности листа и продолжается в клетках обкладки внутри листа. У C₃ растений такого разделения нет.

• В C₃ растениях активные формы кислорода от разложения O₃ повреждают мезофильные клетки, где происходит фотосинтез.
• В C₄ растениях пространственное разделение помогает защитить клетки обкладки, где производятся сахара, от проникновения O₃.
• Кроме того, C₄ культуры обычно имеют более низкую устьичную проводимость, что потенциально приводит к меньшему поглощению O₃.

Методология и значение

Исследование основано на синтезе литературы и неопубликованных данных за последние 20 лет по культурам, выращенным в полевых условиях с повышенным загрязнением O₃.

«Этот новый метод количественно показал, что C₃ культуры более чувствительны к повышенному содержанию озона, чем C₄ культуры», — сказал Шуай Ли, ведущий автор статьи.

Понимание устойчивости C₄ биоэнергетических культур к загрязнителям воздуха поможет стратегически размещать их по ландшафтам по всему миру. В условиях растущего загрязнения озоном C₄ культуры, особенно биоэнергетическое сырьё, могут сохранять продуктивность в регионах с высоким уровнем O₃.