Создание лучших соевых бобов для жаркого, сухого и голодного мира

Новое исследование показывает, что растения сои можно перепроектировать для увеличения урожайности при одновременном снижении потребности в воде и способности отражать больше солнечного света, что помогает компенсировать парниковое потепление. Это первое исследование, демонстрирующее, что основную продовольственную культуру можно модифицировать для достижения нескольких целей одновременно.

Исследование под руководством Даррена Дрюри из Лаборатории реактивного движения NASA использовало продвинутую модель растительности MLCan (multi-layer canopy model) и методы компьютерной оптимизации. Было обнаружено, что перепроектирование растений сои позволяет:

• Увеличить продуктивность на 7% без увеличения расхода воды.
• Сократить потребление воды на 13% без потери урожайности.
• Увеличить отражение света обратно в космос на 34% без потери урожайности.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF) при поддержке JPL и Фонда Билла и Мелинды Гейтс. Результаты опубликованы 4 апреля в журнале Global Change Biology.

Методология и результаты

Модель MLCan детально описывает обмен углекислым газом, водой и энергией между растительностью и атмосферой. С помощью математической оптимизации варьировались пять структурных характеристик растения, таких как общая площадь листьев и их угол наклона.

В зависимости от цели, оптимальная архитектура растения меняется. Например, растение, экономящее 13% воды, имело меньше листьев в целом, и больше листьев располагалось в нижней части растения.

Значение и перспективы

Исследование актуально в контексте угроз продовольственной безопасности из-за роста населения и изменения климата. Соя — важнейшая в мире белковая культура.

Моделирование позволило быстро найти решения, на полевую селекцию которых ушли бы десятилетия. Необходимый генетический материал, вероятно, уже существует в коллекциях зародышевой плазмы, например, в коллекции USDA, содержащей около 20 000 сортов.

По сравнению с масштабными геоинженерными проектами (например, распыление сульфатов в атмосфере), модификация однолетних сельскохозяйственных культур — недорогой, быстрый и обратимый подход.