C4-биоэнергетические травы: на пути к повышению продуктивности при колеблющемся освещении
Одной из главных мировых проблем является поиск устойчивых источников энергии. Биоэнергетические культуры привлекают внимание как возобновляемый ресурс, но их продуктивность ещё не полностью реализована.
В исследовании, опубликованном в GCB Bioenergy, команда из Университета Иллинойса оценила ограничения фотосинтетической эффективности у видов биоэнергетических трав при колеблющемся свете.
Растения используют два основных типа фотосинтеза: C3 и C4. C4-растения обладают механизмом концентрирования углерода (CCM), повышающим концентрацию CO₂ вокруг фермента Rubisco, что обеспечивает им бо́льшую эффективность использования воды и азота. Хотя известно, что эффективность фотосинтеза снижается при колеблющемся свете, оставалось неясным, сильнее ли это снижение у C4-растений по сравнению с C3.
Исследование проводилось в рамках проекта Renewable Oil Generated with Ultra-productive Energycane (ROGUE), который направлен на создание обильного и устойчивого источника масла из энергетического тростника и мискантуса для производства биотоплива. Проект поддерживается Управлением биологических и экологических исследований Министерства энергетики США.
Методы и результаты:
Учёные оценили фотосинтетическую производительность 12 видов биоэнергетических трав (6 C3 и 6 C4) в условиях постоянного и колеблющегося света, измеряя газообмен листьев.
В целом, C4-виды ассимилировали больше углерода, чем C3-виды, при колеблющемся свете.
Оба типа растений ассимилировали примерно на 16% меньше углерода, чем можно было ожидать на основе измерений при постоянном свете.
Обнаружена значительная вариабельность и естественное разнообразие в реакции C4-видов на колеблющийся свет.
Выводы и перспективы:
Полученные данные свидетельствуют, что фотосинтетическую эффективность в ответ на колеблющийся свет можно использовать как мишень для повышения продуктивности C4-биоэнергетических трав. Это разнообразие может быть использовано в будущих программах селекции растений.
Как отметил Дон Орт, профессор биологии растений и наук о культурах, эта работа является «дорожной картой» для производства дополнительной фотосинтетической энергии, необходимой для достижения цели проекта ROGUE — создания культур, накапливающих энергоёмкие молекулы топлива.