Культуры, выращенные вместе, начинают лучше сотрудничать уже через два поколения

Выращивание нескольких сельскохозяйственных культур вместе — более устойчивая практика, имитирующая высокопродуктивные природные сообщества растений. Этот процесс, известный как совместные посевы (intercropping), использует комплементарные особенности разных культур для максимизации производства и минимизации потребности в удобрениях. Например, коренные народы Северной Америки давно выращивают вместе кукурузу, бобы и тыкву.

Однако большинство коммерческих культур были выведены для высокой продуктивности в монокультурных условиях и могут быть плохо приспособлены для смешанных систем.

Исследование адаптации культур

Группа учёных выращивала пшеницу, овёс, чечевицу, лён, рыжик и кориандр на небольших участках. Эксперимент включал:

• 13 комбинаций из двух видов
• 4 смеси из четырёх разных видов
• Растения, выращенные по отдельности или монокультурными участками
• Удобренные и неудобренные участки

Эксперимент повторяли три года подряд, каждый раз используя семена, собранные с участков предыдущего года, чтобы оценить эффект поколений. На третий год измерили признаки растений и их продуктивность.

Ключевые результаты

• Растения, выращенные в одной и той же смешанной системе в течение двух поколений, адаптировались меньше конкурировать и больше сотрудничать друг с другом.
• Преимущество в урожайности этих многовидовых культур по сравнению с монокультурами увеличилось только на удобренных участках.
• За два поколения растения, выращенные вместе (как в монокультурах, так и в смешанных посевах), стали выше и производили более «дешёвые» (тонкие) листья — признак стратегии быстрого производства биомассы.

«Неожиданно все растения развили более схожие признаки, а не специализировались для заполнения уникальной ниши», — отмечает соавтор Надин Энгберсен.

Возможные причины и перспективы

Краткий срок исследования (три года) может объяснить отсутствие большей дифференциации. Маловероятно, что за это время произошло много генетических изменений, однако могла произойти:

• Генетическая селекция определённых генотипов у видов с существующей изменчивостью.
• Эпигенетическая модификация (включение/выключение генов).
• Передача микробов или питательных ресурсов через семена.

Более долгосрочные исследования могут выявить адаптации, вызванные генетическими мутациями или рекомбинацией. Текущие результаты предполагают, что селекционный отбор может способствовать появлению признаков, оптимизирующих сотрудничество и урожайность в смешанных посевах.

«Наши выводы важны для перехода к более диверсифицированному сельскому хозяйству. Они показывают, что селекция растений для выращивания в смешанных посевах может further улучшить урожаи и снизить потребность в удобрениях», — заключает старший автор Кристиан Шёб.

Исследование опубликовано в eLife.