Луч надежды для более обильных урожаев пшеницы
Урожайность таких культур, как пшеница, может быть повышена на 21% за счёт увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в пищу, согласно новому исследованию Университета Ланкастера.
Процесс фотосинтеза, при котором растения используют солнечный свет для превращения CO2 из воздуха в пищу, является основой всей пищевой цепи. Однако, когда лист возвращается на полный солнечный свет после периода в тени, ему требуется время, чтобы фотосинтез снова достиг пиковой эффективности, что приводит к потере ценной солнечной энергии.
Используя инфракрасные газоанализаторы, подключённые к миниатюрной контролируемой камере, доктор Сэмюэл Тейлор и профессор Стив Лонг смоделировали внезапное увеличение освещённости после тени и измерили время, необходимое растению для восстановления максимальной эффективности фотосинтеза.
Ключевые результаты:
- Растению требовалось около 15 минут для достижения максимальной эффективности фотосинтеза после выхода из тени.
- На основе естественных колебаний света в посевах пшеницы учёные рассчитали, что из-за этой медленной адаптации культура поглощает на 21% меньше CO2 за световой день.
Профессор Лонг отметил: «Это очень значительная потеря. Следующий шаг — поиск сортов пшеницы, которые быстро реагируют на увеличение доступности солнечного света. Мы могли бы использовать эту черту и внедрить её в современные сорта для увеличения урожаев».
Механизм и перспективы
Анализ показал, что главным фактором задержки является скорость восстановления активности фермента Rubisco (рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа) на полном солнце. Rubisco — самый распространённый белок в мире, катализирующий усвоение CO2 у всех растений.
Доктор Элизабете Кармо-Силва, эксперт по активации Rubisco, заявила: «До сих пор мы знали, что активация Rubisco в ответ на колеблющийся свет ограничивает фотосинтетический потенциал пшеницы, но не предполагали, что это может быть настолько важно для продуктивности культуры».
Текущие исследования изучают естественную изменчивость эффективности Rubisco у разных типов пшеницы и её диких родственников. Эта вариация может быть использована для выведения новых сортов, что позволит повысить урожайность и устойчивость сельского хозяйства без увеличения потребления воды или питательных веществ.