Кукуруза, укороченная перепадами температуры, подходит для выращивания в шахтах и пещерах

Исследование Университета Пердью показало, что снижение температуры на два часа каждый день уменьшает высоту кукурузы, не влияя на урожайность семян. Этот метод можно использовать для выращивания сельскохозяйственных культур в контролируемых условиях в пещерах и бывших шахтах.

Выращивание культур в изолированных и закрытых средах поможет предотвратить попадание генетически модифицированной пыльцы и семян в экосистему и скрещивание с дикими растениями.

Кэри Митчелл, профессор садоводства, отметил, что эта техника может быть особенно полезна для выращивания трансгенных культур с целью производства высокоценных лекарственных продуктов, таких как антитела, для зарождающейся индустрии промышленных и фармацевтических соединений растительного происхождения.

«Зёрна кукурузы можно модифицировать для производства белков, которые можно извлекать и перерабатывать в лекарства, фармацевтические препараты и нутрицевтики, такие как незаменимые витамины, — сказал он. — Это молодая отрасль, но мы показали, что можно успешно выращивать эти высокоценные культуры в контролируемых условиях».

Митчелл назвал кукурузу «хорошей культурой-кандидатом» для этой отрасли из-за обилия семян и хорошо изученного генома растения, который можно модифицировать множеством способов. Использование растений в качестве «фабрик» для производства биоактивных лекарств будет намного дешевле, чем нынешние методы, основанные на клеточных культурах млекопитающих.

Однако выращивание кукурузы — высокорослой культуры, требующей яркого света и тепла — в тёмной, прохладной подземной шахте стало проблемой для Митчелла и его бывших постдокторантов Ян Яна и Джойи Массы. Они установили в бывшей известняковой шахте в Маренго, штат Индиана, ростовую камеру с изоляцией и желтыми и синими газоразрядными лампами высокой интенсивности, чтобы проверить реакцию кукурузы на среду, где её условия роста (свет, температура, влажность и углекислый газ) строго контролировались. К их удивлению, гибридная кукуруза отреагировала «слишком хорошим» ростом, сказал Ян.

«Мы так баловали растения роскошными условиями, что кукуруза касалась ламп ещё до того, как выбросила метёлки», — сказал он.

Чтобы уменьшить высоту кукурузы, исследователи позаимствовали приём, используемый в тепличной индустрии для карликовости рождественских пуансеттий. Используя ростовую камеру, имитирующую температурные условия и уровень CO₂ в шахте Маренго, они понижали температуру до 60 градусов по Фаренгейту (около 15.5°C) на первые два часа каждого фотопериода (времени, когда кукуруза получала свет). Затем температуру восстанавливали до 80°F (около 26.5°C) на 14 часов и снова понижали до 65°F (около 18°C) на 8 часов темноты.

Перепад температуры уменьшил высоту стебля на 9–10% и диаметр стебля на 8–9%, не оказав значительного влияния на количество и вес семян.

«Это метод, который можно легко применить в шахте или пещере, — сказал Митчелл. — Это доступное, нехимическое средство для доведения генетически модифицированных культур до зрелости урожая без попадания пыльцы или семян в экосистему».

По его словам, бывшие шахты могут быть идеальными местами для выращивания высокоценных трансгенных растений, поскольку их естественная прохлада снижает необходимость вентиляции тепла, производимого лампами. Высокий уровень углекислого газа в шахтах также способствует росту растений.

«Производительность в контролируемой среде выше, чем в поле, и можно выращивать более одного урожая в год, — сказал Митчелл. — Сельское хозяйство в контролируемой среде станет одним из важных направлений XXI века».