Сибирские растения мискантуса превосходят основной биоэнергетический сорт при низких температурах
Фотосинтез определяет урожайность, но в холодных условиях этот процесс превращения солнечного света в биомассу страдает. Miscanthus — популярное, устойчивое, многолетнее сырьё для производства биоэнергии, которое хорошо растёт на маргинальных землях в умеренных регионах. Новое исследование в GCB Bioenergy от Университета Иллинойса и Орхусского университета оценило мискантус, собранный в сибирской экспедиции, и выявило три новых образца (термин для растений, собранных в определённой местности) с исключительной эффективностью фотосинтеза при пониженных температурах, превосходящей промышленный фаворит.
«Когда приходит арктический вихрь, у нас есть роскошь укутаться и остаться в помещении, — сказал Стивен Лонг. — Miscanthus остаётся в земле круглый год, а весной отрастает от подземных стеблей, производя биомассу, которая может стать устойчивым источником биоэнергии и биопродуктов. Но чтобы выжить, он должен выдерживать и оставаться продуктивным в широком диапазоне погодных условий, включая пониженные температуры от 15 до 0 °C».
Сегодня стерильный клон гибрида Miscanthus sacchariflorus и Miscanthus sinensis, называемый Miscanthus x giganteus 'Illinois', считается одним из лучших видов сырья для биоэнергетики благодаря способности процветать на маргинальных землях, выдерживать низкие температуры и производить на 59% больше биомассы, чем кукуруза. Его стерильность предотвращает образование жизнеспособных семян и инвазивность, но также означает, что его нельзя использовать для выведения новых линий. Это требует новых скрещиваний родительских линий, что даёт возможность добавить большую холодоустойчивость.
Учёные из Иллинойса, Министерства сельского хозяйства США и Всероссийского института растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР) возглавили экспедицию в Восточную Сибирь, самый холодный регион, где растёт мискантус, чтобы найти дикие популяции M. sacchariflorus, которые можно было бы использовать для выведения улучшенных гибридов M. x giganteus. В этом исследовании команда сократила 181 сибирский образец мискантуса до трёх лучших, которые фотосинтезировали лучше, чем M. x giganteus, в условиях холода.
«M. x giganteus рекламировался как обладающий исключительной холодоустойчивостью фотосинтеза по сравнению с другими видами, такими как кукуруза, — сказал первый автор Чарльз Пиньон. — Мы были рады найти другие образцы, которые работали намного лучше при низких температурах».
Фактически, один сорт фотосинтезировал на 100% эффективнее, или в два раза быстрее, чем M. x giganteus. За двухнедельный период низких температур скорость фотосинтеза M. x giganteus резко упала, но второй сорт сохранял стабильный фотосинтез, что могло бы сделать его лучше приспособленным к длительным холодам. Когда после двух недель холода температуру повысили, третий сорт смог быстро восстановить фотосинтез — черта, которая может максимизировать фотосинтез ранней весной, когда температуры колеблются.
«Сейчас я работаю над скрещиванием этих высоко холодоустойчивых образцов с другими формами Miscanthus, чтобы создать новые гибридные сорта, которые, надеюсь, будут более эффективными, продуктивными и устойчивыми в полевых условиях, — сказал соавтор Эрик Сакс. — Но конечная цель нашей работы — предоставить потребителям устойчивый, получаемый из растений источник энергии».