Фотосинтез сильно различается у сортов риса — естественное разнообразие может повысить урожайность
Рис — основной источник калорий для большего числа людей, чем любая другая культура, и главный продукт питания для 560 миллионов хронически голодающих людей в Азии. Существует более 120 000 разновидностей культивируемого риса (Oryza sativa), что представляет собой богатое естественное разнообразие для изучения с целью повышения урожайности. Команда из Университета Иллинойса и Международного научно-исследовательского института риса (IRRI) изучила, как фотосинтезируют 14 различных сортов — процесс, благодаря которому все культуры преобразуют энергию солнечного света в сахара, становящиеся нашей пищей. Исследуя малоизученный аспект фотосинтеза, они обнаружили небольшие различия в эффективности фотосинтеза в постоянных условиях, но разницу в 117% при колеблющемся освещении, что указывает на новый признак для селекции.
"Фотосинтез традиционно оценивали в 'постоянных условиях' при высоком уровне света, но условия в поле никогда не бывают постоянными, особенно с учётом освещения, которое и запускает фотосинтез", — сказал директор проекта RIPE Стивен Лонг.
Исследование, опубликованное в New Phytologist, является частью международного проекта Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), направленного на повышение эффективности преобразования солнечной энергии в пищу.
"Если посмотреть на полог листьев любой культуры, можно увидеть, что свет колеблется на один-два порядка величины", — пояснил Лонг. — "Расчёты показывают, что неэффективность фотосинтеза из-за медленной адаптации листьев к каждому колебанию света может обходиться урожаям в 20–40% их потенциальной продуктивности".
Ключевые выводы:
- Сравнение результатов в постоянных и колеблющихся условиях освещения не выявило корреляции. Это подтверждает данные исследования 2019 года на маниоке. Сорта, эффективные при колеблющемся свете, могут быть неэффективны при постоянном, и наоборот.
- Скорость индукции (активации фотосинтеза) после перехода от слабого к сильному свету у самого быстрого сорта была на 117% выше, чем у самого медленного.
- При колеблющемся свете один сорт из группы Indica ассимилировал (фиксировал углерод) более чем в два раза эффективнее "худшего" сорта (также Indica), который, в свою очередь, оказался наиболее эффективным по использованию воды.
- Основным ограничением эффективности при переходе листа из тени на солнце оказалась биохимия процесса. Это иное ограничение, чем было обнаружено в аналогичном исследовании маниока, что подчёркивает необходимость тонкой настройки фотосинтеза отдельно для разных культур.
Перспективы:
Следующим шагом является определение способов селекции (или генной инженерии) риса с более быстрой реакцией индукции на свет. Цель — создать растения, которые быстрее реагируют на колебания света, чтобы повысить их продуктивность, используя огромное существующее генетическое разнообразие риса.