Модель фотосинтеза предсказывает увеличение урожайности на 10–20%
Исследователи из Университета Иллинойса создали модель, которая рассматривает фотосинтез как динамический процесс, а не как активность, которая либо происходит, либо нет. Это позволило изучить влияние многочисленных колебаний освещённости, которые испытывают листья сельскохозяйственных культур из-за перемещающихся облаков, вышележащих листьев и движения солнца по небу. В современных плотных посевах такие колебания — норма.
Низкая эффективность фотосинтеза из-за медленной адаптации к изменениям света, по оценкам, снижает потенциальную продуктивность до 40%. Если бы листья культурных растений можно было генетически модифицировать для более быстрой адаптации, выигрыш в продуктивности и эффективности использования воды был бы значительным.
«Когда свет меняется, растениям нужно время, чтобы привыкнуть. Это требует времени и снижает эффективность», — говорит Юй Ван, ведущий автор работы в рамках проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency). «Наша цель — попытаться уменьшить потери в переходный период. Мы работаем над тем, чтобы растения быстрее реагировали на динамическую световую среду».
В исследовании, опубликованном в The Plant Journal, учёные показали, что, рассматривая фотосинтез как динамический процесс, можно улучшить время реакции C4-растений (например, кукурузы) на колебания света.
Сначала они проверили свою модель на реальных измерениях фотосинтеза в колеблющемся свете у кукурузы, сорго и сахарного тростника. Затем модель использовали, чтобы предсказать, какие этапы фотосинтеза ограничивают реакцию процесса на колебания света у этих трёх культур.
«Важно понимать, что в пологе посева свет меняется постоянно, и при этом 99% исследований того, что ограничивает фотосинтез, касались постоянного света, чего лист в поле может никогда не испытывать», — отмечает директор RIPE Стивен Лонг.
Моделирование позволило команде определить два белка, которые, как они полагают, играют ключевую роль в скорости адаптации. Этим летом группа продолжает работу, сотрудничая с другой командой RIPE для регулирования этих белков в кукурузе и с командой из Центра инноваций в области передовых биопродуктов и биоэнергетики (CABBI) — в сорго и сахарном тростнике.
«Мы думаем, что это имеет большой потенциал, — сказал Лонг. — Это может повысить продуктивность на 10–20%. По сравнению с увеличением урожайности, достигаемым, что более важно, из года в год с помощью селекции, это был бы большой скачок. Конечно, время покажет, сможем ли мы это реализовать».