Исследователи показали способность «защитить от будущего» сельскохозяйственные культуры в условиях меняющегося климата

Исследователи из Университета Иллинойса и Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США показали, что обход «сбоя» в фотосинтезе, характерного для таких культур, как соя, рис и пшеница, может обеспечить тепловую защиту при тепловом стрессе в полевых условиях.

Эта работа направлена на «защиту от будущего» культур и сохранение урожайности. Исследование является частью международного проекта Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), который при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс стремится повысить глобальное производство продуктов питания.

Проблема фотосинтеза и фотодыхания

Фотосинтез зависит от фермента Rubisco, который превращает CO₂ в сахара.
Примерно в 20% случаев Rubisco захватывает кислород вместо CO₂, что запускает энергозатратный процесс фотодыхания.
В текущих условиях неэффективность фотодыхания может снизить урожайность пшеницы примерно на 36%.
С ростом температур Rubisco хуже различает CO₂ и кислород, что увеличивает скорость фотодыхания и потери урожая.

Экономические потери и климатические риски

Потери урожая в южных штатах США достигают 40-50%, что обошлось производителям примерно в 500 миллионов долларов в 2012 году.
В регионах у экватора потери ещё выше, и проблема будет усугубляться во всем мире из-за изменения климата.

Эксперимент и результаты

Исследователи под руководством Аманды Кавана создали генетически модифицированные растения табака с более эффективным (менее энергозатратным) процессом фотодыхания. В полевых условиях растения выращивали при температуре на 5°C выше окружающей с помощью нагревателей.

Результаты:

Модифицированные растения произвели на 26% больше биомассы, чем обычные растения при тех же повышенных температурах.
У модифицированных растений потери урожайности при высоких температурах были на 15% меньше.

Значение и дальнейшие шаги

Табак был выбран в качестве модельной культуры из-за скорости экспериментов (12 месяцев против 3-5 лет для пищевых культур).
Доказав концепцию на табаке, исследователи теперь работают над внедрением тех же генетических изменений в пищевые культуры, такие как картофель и соя.
Цель — увеличить производство продуктов питания, несмотря на рост глобальных температур.

2021-12-15