Корни — ключ ко второй Зелёной революции
Корневые системы — основа второй Зелёной революции. Фокус на бобовых и кукурузе, которые процветают в бедных условиях, поможет самым небогатым фермерам мира, считает учёный-растениевод из Университета Пенсильвании.
«Африка пропустила Зелёную революцию 60-х, потому что её жители обычно не едят пшеницу и рис, на которых та была сосредоточена», — заявил Джонатан Линч, профессор питания растений.
Первая Зелёная революция была направлена на создание карликовых сортов пшеницы и риса, которые могли бы процветать при большем количестве удобрений. Хотя этот подход сработал в Азии и других регионах, где рис и пшеница являются основными культурами, на Африку он не повлиял.
«Если первая Зелёная революция основывалась на культурах, отзывчивых к высокому плодородию почвы, то вторая будет основана на культурах, толерантных к низкому плодородию», — заявил Линч на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки в Сан-Диего.
Африканским фермерам-натуралам, не имеющим денег, кредита, рынков сбыта и часто грамотности, нужен другой, менее затратный и сложный подход, не требующий орошения или удобрений.
«Африканские фермеры бедны, а для производства удобрений нужны ископаемые топлива. Фунт удобрений в Малави стоит в десять раз дороже, чем в Европе. При средней дневной зарплате в $0,80 покупка удобрений африканскими фермерами нереальна», — пояснил Линч.
Работа с бобовыми
25 лет Линч работал над созданием бобов, способных процветать в почвах с низким содержанием фосфора — ключевого для них питательного вещества. Ключом к успеху стала корневая система. Фосфор в почве остаётся у поверхности, но у большинства коммерческих сортов бобов корни растут глубоко вниз, быстро проходя зону, богатую фосфором.
Используя стандартные методы селекции, Линч с коллегами создали растения бобов с мелкими, распространяющимися у поверхности корнями, которые процветают в неплодородной почве. Также отбирались растения с большим количеством корневых волосков. Мелкие корни дали прирост урожайности примерно на 600%, а увеличение корневых волосков — на 250%.
«Люди скептически относились к этому подходу, спрашивая, не приведёт ли выращивание бобов без добавления фосфора к ещё большей деградации почв», — отметил Линч.
На деле, хотя растения и забирают фосфор из почвы, больше фосфора терялось из-за эрозии на склонах полей. Здоровые, облиственные растения предотвращали эрозию, и состояние почв в целом было лучше, чем при выращивании глубококорневых растений с низкой продуктивностью. Снижение эрозии в 2–3 раза легко компенсировало то, что забирали растения.
После работы с бобами Фонд Макнайта попросил его изучить сою. «Наши партнёры в Китае теперь имеют семь линий сои с мелкой корневой системой, подходящих для бедных фосфором почв», — сообщил Линч.
Поскольку любое растение с мелкими корнями более уязвимо к засухе, Линч предлагает смешивать мелкокорневые бобы с глубококорневыми растениями, чтобы гарантировать урожай в любой сезон. «Мы не создаём монокультуру; мультилинейные смеси семян — на самом деле лучший подход», — сказал он.
Работа с кукурузой
Кукуруза (маис) — крупнейшая культура в США и мире. Для её роста требуется огромное количество азота, и половина этого азота теряется.
«Растения его не усваивают, и он попадает в грунтовые воды или превращается в оксиды азота, которые в 300 раз вреднее в качестве парниковых газов, чем диоксид углерода», — пояснил Линч. — Если мы сможем повысить эффективность использования азота кукурузой с 50% до 60%, это сэкономит миллиарды долларов и принесёт экологическую пользу».
Азот очень быстро перемещается в почве, опережая корни маиса. Линч искал сорта с быстрым развитием глубоких корней, но производство большого количества корней метаболически затратно для растения.
«Мы знали, что на затопленных участках у корней растений развивается аэренхима. Корни с такими полыми участками менее затратны для растения в метаболическом плане», — сказал Линч.
Корни с аэренхимой также лучше переносят засуху, так как могут производить более глубокие корни для получения влаги из сухих почв.
В настоящее время около 20 человек в команде Линча изучают корни растений из тысяч линий кукурузы. После выявления лучших линий генетическая оценка определит ключевые признаки для такого типа корней, с целью создания линий маиса, более эффективно использующих азот и более устойчивых к засухе.