Соевые растения с меньшим количеством листьев дают больший урожай
Учёные с помощью компьютерного моделирования предсказали, что современные сорта сои производят больше листьев, чем необходимо, что снижает урожайность. Эта проблема усугубляется растущей концентрацией углекислого газа в атмосфере. Проверив предсказание, удалив около трети появляющихся листьев, они обнаружили увеличение урожая семян на 8% в повторных испытаниях. Этот рост урожайности объясняется увеличением фотосинтеза, снижением дыхания и перенаправлением ресурсов, которые были бы инвестированы в листья, на семена.
Текущий годовой прирост урожайности благодаря селекции составляет лишь 1%, и в последнее десятилетие он замедлился. «Этот темп недостаточен для удовлетворения потребностей глобальной продовольственной безопасности, поскольку к 205 году нам необходимо производить на 70-100% больше пищи, чтобы прокормить прогнозируемые 9.7 миллиардов человек», — заявил ведущий автор Стивен Лонг.
«Мы пытаемся определить нетрадиционные методы, которые могут дать нам быстрый рост урожайности», — сказал первый автор Венкатраман Шринивасан. «Соя — одна из четырёх основных продовольственных культур и важнейший источник растительного белка в мире. Увеличив урожай сои, мы можем одновременно решить проблемы спроса на белок и производства пищи».
В статье, опубликованной в Global Change Biology, учёные обнаружили, что растения сои производят слишком много листьев, большинство из которых затенены и неэффективны, что приводит к растрате ресурсов, таких как вода, углерод и азот. «Модель показывает, что, инвестируя меньше в листья, растение может производить больше семян», — пояснил Шринивасан.
Модель предсказала, что уменьшение площади листьев на 30-40% увеличит урожайность на 8-10%. В полевых испытаниях площадь листьев (путём ручного удаления новых листочков) уменьшили всего на 5%, и это всё равно привело к росту урожая на 8%.
«Эксперимент показывает, что наша модель консервативна», — отметил Шринивасан. «Мы предполагаем, что растениям с меньшим количеством листьев требуется меньше воды, а значит, и меньше корней. Сокращение корневой массы может дать дополнительную экономию углерода, которую растение сможет направить на повышение урожайности. Кроме того, такие растения более водоэффективны и, потенциально, более устойчивы к засухе».
Далее исследователи планируют создать с помощью биоинженерии или найти природные сорта с меньшим количеством листьев, чтобы проверить эти предварительные выводы в большем масштабе. Они также изучат возможность оптимизации других аспектов листового полога — например, распределения и угла наклона листьев — чтобы создать более продуктивные растения сои, дающие больший урожай без увеличения потребления воды и других ресурсов.
«Мы хотим оптимизировать структуру полога растения, чтобы получить от культуры как можно больше фотосинтеза и увеличить производство пищи», — сказал Шринивасан.