Исследование проливает свет на свойства листьев и продуктивность C₄ биоэнергетических культур

Исследование, проведённое учёными из Центра инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI), углубляет понимание функциональных взаимосвязей листовых признаков и предоставляет ценную информацию для моделирования продуктивности C₄ биоэнергетических культур.

Исследовательская группа обнаружила, что мискантус и сорго — оба вида C₄ растений — занимают особую нишу в спектре экономики листа (LES), демонстрируя более высокие скорости фотосинтеза и эффективность использования азота по сравнению с более распространёнными C₃ растениями.

Исследование, опубликованное в Plant, Cell & Environment, возглавил постдок Шуай Ли из CABBI совместно с Лизой Эйнсворт, физиологом растений из Исследовательского подразделения по глобальным изменениям и фотосинтезу Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS) и адъюнкт-профессором биологии растений Института геномной биологии Карла Р. Вуза (IGB) в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне.

LES описывает взаимосвязи между признаками листа, отражающие фундаментальные компромиссы, лежащие в основе ключевых экологических стратегий приобретения и использования ресурсов у растений. Он в основном основан на информации о C₃ видах в естественных условиях и редко изучался у C₄ сельскохозяйственных культур, которые используют другой процесс фиксации углерода: C₄ растения преобразуют энергию солнечного света в 4-углеродные молекулы, тогда как первый продукт фотосинтеза C₃ растений — это 3-углеродная молекула. C₄ растения составляют около 3% видов наземных растений, но включают основные источники пищи и биотоплива во всём мире, такие как кукуруза, сорго и мискантус.

Исследователи CABBI показали, что C₄ биоэнергетические культуры занимают особый диапазон в LES, обладая более высокими скоростями фотосинтеза и большей эффективностью использования азота. Кроме того, генотипы Miscanthus × giganteus с разными уровнями плоидности (или числом пар хромосом) демонстрируют расхождение признаков листа и отличные функциональные взаимосвязи по сравнению с C₃ растениями.

Расширяя описанные в LES взаимосвязи признаков, включив в них C₄ культуры в сельскохозяйственных условиях, это исследование углубляет понимание общемировых закономерностей в функциональных взаимосвязях листьев и даёт представление о потенциале плоидности для повышения эффективности использования ресурсов, отметила Эйнсворт.

«Это исследование воспользовалось преимуществами разнообразных посадок мискантуса в Иллинойсе и Миссисипи, чтобы проверить, как свойства листьев различаются у разных линий и в разных условиях», — сказала Эйнсворт. — «Мы изучили вложения, которые разные линии мискантуса делают в структуру листа и содержание питательных веществ — информацию, которая имеет решающее значение для моделирования продуктивности биоэнергетических культур и определения мест, где их можно выращивать».