Повышение температуры изменяет фотосинтез в условиях меняющегося климата
Исследователи сообщают, что повышение температуры, вероятно, усложнит влияние роста уровня CO2 на урожайность сельскохозяйственных культур. Обзор, опубликованный в Journal of Experimental Botany, изучает, как более высокие температуры влияют на рост и жизнеспособность растений, несмотря на большую доступность атмосферного CO2.
Влияние теплового стресса
- Избыточное тепло снижает эффективность ферментов, управляющих фотосинтезом, и нарушает способность растений регулировать поглощение CO2 и потерю воды.
- Ключевой фермент Rubisco с повышением температуры ускоряется, но чаще совершает ошибки, фиксируя кислород вместо CO2, что запускает расточительный для ресурсов растения путь. При ещё более высоких температурах фермент теряет структурную целостность.
- Тепло также может подрывать репродуктивную способность растений и нарушать работу ферментов, отвечающих за сбор света и транспорт сахаров.
- Для охлаждения растения открывают устьица, что приводит к чрезмерной потере влаги, особенно поскольку нагретая атмосфера активнее "вытягивает" воду.
Многоуровневый подход и поиск решений
Понимание проблемы на всех уровнях — от биохимии листа до влияния на экосистему — необходимо для её решения.
- На молекулярном и физиологическом уровне изучаются более термостойкие дикие родственники культурных растений (например, австралийского риса) для поиска генов, которые можно перенести в уязвимые сорта.
- На уровне экосистемы используются новые инструменты, например, спутники, детектирующие изменения флуоресценции хлорофилла — ранний индикатор теплового стресса до видимых повреждений.
Стратегии повышения устойчивости
Учёные исследуют несколько стратегий:
- Перенос генов термоустойчивости от диких к культурным видам.
- Инженерия структур для более эффективной доставки CO2 к месту фиксации.
- Изменение светособирающих свойств листьев для равномерного распределения солнечного света.
- Регулирование плотности устьиц для лучшего контроля над поглощением CO2 и потерей влаги.
Важность и срочность
Каждое увеличение средней глобальной температуры на один градус Цельсия может привести к потере 3–7% урожая четырёх основных культур. Учёные подчёркивают необходимость сотрудничества между специалистами, работающими на разных масштабах — от атмосферного до молекулярного, — для решения этой проблемы.