Новый способ повысить рост растений и снизить расход воды

Учёные представили новый устойчивый метод, позволяющий растениям увеличивать поглощение углекислого газа (CO₂) для фотосинтеза и одновременно снижать потребление воды.

Исследование провела команда из Университета Глазго, результаты опубликованы в журнале Science. Учёные использовали новый синтетический светоактивируемый ионный канал, созданный из белков растений и вирусов водорослей, чтобы ускорить открытие и закрытие устьиц — пор на листьях растений, через которые CO₂ поступает для фотосинтеза.

Устьица также являются основным путём потери воды растением. Предыдущие попытки снизить потребление воды через манипуляции с этими порами, как правило, приводили к уменьшению поглощения CO₂.

В результате, модифицированные растения продемонстрировали улучшенный рост при сохранении водопотребления.

Модифицированные растения росли нормально и значительно лучше в условиях освещения, типичных для полей, фиксируя больше CO₂ и теряя меньше воды в атмосферу.

Орошение сельскохозяйственных культур составляет около 70% мирового потребления пресной воды, и его объёмы росли неустойчивыми темпами последние 30 лет. До сих пор многие исследования снижали потребление воды, но ценой потенциального уменьшения поглощения CO₂ и роста растений.

Новая работа предлагает иной подход, успешно улучшающий рост без ущерба для эффективности использования воды.

Исследователи работали с растением Arabidopsis (резуховидка Таля). Используя светоактивируемый ионный канал BLINK, они ускорили и улучшили синхронизацию реакции устьиц при выращивании в условиях колеблющегося света — типичных для естественной среды (например, при прохождении облаков или затенении соседними растениями). Модифицированные растения показали улучшенный рост и биомассу, одновременно экономя воду.

Соавтор работы, профессор Джон Кристи: «Наши результаты демонстрируют возможность повышения эффективности использования воды растениями при одновременном увеличении поглощения CO₂ для фотосинтеза и роста растений».

Профессор Майк Блатт добавил: «Предыдущие попытки улучшить эффективность использования воды были сосредоточены на сокращении плотности устьиц, несмотря на неизбежный штраф в поглощении CO₂. Альтернативные подходы, подобные нашему, позволяют обойти этот компромисс между углеродом и водой и могут быть использованы для повышения урожайности, особенно в условиях ограниченного водоснабжения».

Ведущий автор Мария Папанатсиу пояснила: «Мы применили хорошо зарекомендовавший себя в нейробиологии подход — оптогенетику — чтобы улучшить работу устьиц, которые играют ключевую роль в балансе между поглощением CO₂ и потерей воды. Мы использовали генетический инструмент, который действует как переключатель, позволяя устьицам лучше синхронизироваться с условиями освещения и, следовательно, повышать продуктивность растений в условиях, типичных для сельского хозяйства».