Урожайность пшеницы можно повысить на 20% с помощью новой химической технологии

Ученые из Великобритании создали синтетическую молекулу, применение которой к растениям в лабораторных условиях увеличивало размер зерен пшеницы и содержание в них крахмала до 20%.

Новая технология, разработанная Rothamsted Research и Оксфордским университетом, может помочь в решении проблемы растущей продовольственной безопасности. Около 795 миллионов человек недоедают.

Результаты исследования, опубликованные в Nature, описывают метод, основанный на использовании синтетических «прекурсоров» сахара трегалозо-6-фосфата (T6P). Rothamsted Research определил, что этот природный сахар критически важен для контроля того, как пшеница использует сахарозу — основное топливо, вырабатываемое в процессе фотосинтеза. Чем больше T6P доступно растущим зернам пшеницы, тем выше урожай.

С использованием химического опыта Оксфордского университета была разработана модифицированная версия T6P, которую растение могло поглотить, а затем высвободить внутри себя на свету. Этот «прекурсор» T6P добавляли в раствор и распыляли на растения, вызывая «импульс» T6P. Это приводило к увеличению притока сахарозы в зерно для производства крахмала. Лабораторные испытания в контролируемых условиях показали увеличение размера зерна и урожайности пшеницы до 20%.

Исследование также показало, что применение молекулы-прекурсора может улучшить способность растений восстанавливаться после засухи.

Профессор Бен Дэвис из Оксфордского университета отметил, что лабораторные тесты показывают реальные перспективы техники, которая в будущем может радикально изменить методы земледелия. Развивая новые химические методы на основе понимания биологии, можно обеспечить продовольственные источники.

Метод имеет потенциал для повышения урожайности широкого спектра культур, поскольку T6P присутствует и выполняет ту же функцию во всех растениях.

Доктор Мэтью Пол из Rothamsted Research заявил, что исследование является доказательством концепции. Следующий этап работы — воспроизвести эксперимент в полевых условиях в разных средах, для чего необходимо понять, как масштабировать производство прекурсора T6P.

Методология эксперимента:

• Растения пшеницы выращивали до цветения.
• Затем применяли растворы T6P различной концентрации (от 0.1 до 10 мМ) либо на колосья, либо на всё растение с интервалом в пять дней после цветения. Одного применения было достаточно для увеличения урожайности.
• После созревания растения собирали, зерна взвешивали и анализировали на содержание крахмала и белка.
• Для тестирования реакции на засуху растения лишали воды на десять дней, добавляя растворы T6P на девятый день. Восстановление биомассы оценивали после повторного полива.