Новый метод ускоренного поиска засухоустойчивых растений для селекции

Изменение климата делает засухи более частыми и суровыми, что повышает важность исследований по созданию устойчивых к засухе сельскохозяйственных культур. Исследователи разработали новый подход, который должен ускорить эту работу.

Основная проблема в селекции растений — необходимость кропотливых измерений сотен или тысяч отдельных растений на множестве экспериментальных участков для оценки наиболее желательных характеристик. Этот процесс трудоёмок и отнимает много времени.

Команда под руководством Франка Бая, доцента кафедры биологической и сельскохозяйственной инженерии Университета штата Северная Каролина, разработала подход для быстрой оценки ключевых признаков засухоустойчивости. Работа опубликована в журнале Field Crops Research.

Суть нового подхода

Большая идея — создать простую в использовании систему мониторинга и моделирования для точного, автоматического и высокопроизводительного скрининга эвапотранспирации (ET) и эффективности использования воды (WUE) для отдельных селекционных участков.

• Эвапотранспирация (ET) — это потеря воды через испарение с почвы и транспирацию растений (испарение воды через устьица на листьях).
• Эффективность использования воды (WUE) — количество биомассы, полученной на единицу воды, поданной на культуру.

Селекционные участки малы (в данном исследовании с кукурузой — 6.1 м в длину и 4.6 м в ширину), чтобы разместить много генотипов на ограниченной площади. Традиционные методы измерения ET и WUE на каждом участке (портативные приборы, полевые записи) очень медленные.

Новый подход сочетает морфологический и спектральный фенотипинг (например, высоту canopy и вегетационный индекс) с физическими моделями ET для прямой оценки WUE, что значительно ускоряет процесс без потери точности.

Практическая значимость

• Для селекционеров: Инструмент позволит быстро отбирать лучшие генетические линии без трудоёмкого полевого обследования, определяя участки с растениями, наиболее устойчивыми к засухе.
• Для фермеров: В перспективе это поможет в выведении более устойчивых семян. Кроме того, инструмент будет полезен для точного земледелия, так как транспирация тесно связана с фотосинтезом, и система сможет картировать стресс у растений.

Следующие шаги и перспективы

Планируется интегрировать эту систему в беспилотный комплекс. Дроны будут собирать данные на исследовательском участке, выполнять расчёты ET и WUE для каждого селекционного участка и передавать результаты учёным.

Ожидается, что лаборатория сможет предоставить этот инструмент селекционерам в течение двух лет. Сейчас идёт процесс привлечения финансирования для создания прототипа и дальнейшей валидации метода.