Сравнение фотосинтетических различий между диким и культурным рисом
Рис — важнейший источник калорий для миллионов людей в Азии. В новом исследовании проекта RIPE учёные сравнили одомашненный рис с его дикими предками, чтобы понять различия в их фотосинтетических способностях. Результаты могут помочь повысить будущую продуктивность риса.
Дикие виды риса Oryza rufipogon и Oryza nivara обычно выше культурного риса Oryza sativa. В процессе одомашнивания и селекции многие сорта риса стали короче, с вертикальными листьями под крутым углом, что улучшает распределение света в пологе. Однако это распределение остаётся неравномерным и зависит от ветра и облачности.
«Ранее исследователи в основном фокусировались на фотосинтезе при постоянном ярком свете. Но в поле растения всегда находятся в динамических условиях, а листья редко получают постоянный свет из-за облаков, движения вышележащих листьев на ветру и перемещения солнца», — отметила первый автор статьи Лиана Асеведо-Сиака. — «Мы хотели сравнить культурные виды с их предками, чтобы увидеть, что изменилось со временем».
При переходе от тени к солнцу и обратно в листьях происходят фотосинтетические изменения. При переходе от низкой к высокой освещённости листья начинают поглощать больше CO2 для фотосинтеза — процесс, называемый фотосинтетической индукцией. В поле это происходит несколько раз в день, и поскольку адаптация фотосинтеза не мгновенна, это снижает общую производительность за день и сезон. При обратном переходе (от солнца к тени) устьица — микроскопические отверстия в листьях для газообмена — могут закрываться слишком медленно, что приводит к излишней потере воды.
Для сравнения поглощения CO2 и потери воды через устьица между диким и культурным рисом Асеведо-Сиака выращивала растения в скринхаусе (теплице с открытыми стенами) в Международном научно-исследовательском институте риса на Филиппинах. С помощью инфракрасного газоанализатора она контролировала уровень света, имитируя естественные колебания в пологе, и измеряла, сколько CO2 поглощал лист.
«Мы увидели, что хотя фотосинтетическая индукция происходила намного быстрее у диких видов риса, у одомашненного вида устьица закрывались значительно быстрее, что приводило к меньшей потере воды», — сказала Асеведо-Сиака. — «Возможно, поскольку O. rufipogon и O. nivara растут в более разнообразных экосистемах, там может быть больше конкуренции за свет и, следовательно, больше стимулов быстро реагировать на изменения среды».
«Мы обнаружили различия в фотосинтезе при колеблющемся свете, которые не проявлялись в условиях постоянного яркого света, используемых в большинстве предыдущих исследований», — добавила она.
«Нас интересовало, улучшило ли непреднамеренно одомашнивание риса его фотосинтетическую эффективность. Или, если процесс селекции был вреден для определённых характеристик, возможно, мы можем вернуться к дикому рису и ввести эти признаки в культурный», — сказал Стивен Лонг. — «Мы также проводим аналогичную работу с другими культурами, такими как коровий горох и соя».
Исследование «Динамика фотосинтетической индукции и релаксации в пологе риса и двух его диких родственников» опубликовано в журнале Food Energy and Security.