Исследование водоэффективных биоэнергетических культур: изменение метаболизма и фотосинтеза растений

Внедрение водоэффективного и "турбо"-фотосинтеза из таких растений, как агава, в древесные биомассовые культуры, такие как тополь, может стать защитой от прогнозируемого долгосрочного повышения температур и сокращения осадков. Это также позволит создать специальные энергетические культуры, пригодные для выращивания на маргинальных землях в качестве источника возобновляемой биомассы.

Грант Министерства энергетики США на 5 лет в размере $14.3 млн был присуждён консорциуму исследователей для изучения генетических механизмов кислотного метаболизма толстянковых (CAM) и засухоустойчивости у пустынных растений. В команду входят:

  • Джон Кушман (Университет Невады, Рино)
  • Сяохань Ян (Национальная лаборатория Ок-Ридж, ORNL)
  • Джеймс Хартвелл (Университет Ливерпуля, Великобритания)
  • Энн Борланд (Университет Ньюкасла, Великобритания и ORNL)

Цель — применить эти знания для создания биоэнергетических культур.

Задачи проекта:

  • Разработать технологии для перепроектирования биоэнергетических культур, чтобы они росли на экономически маргинальных землях.
  • Создать быстрорастущие, водоэффективные деревья (например, тополь), что снизит конкуренцию с продовольственными культурами за пахотные земли.

Научный подход:

Долгосрочная цель — повысить эффективность использования воды растениями и их адаптацию к более жаркому и сухому климату. Метаболические механизмы у видов с обычным C3-фотосинтезом (днём) будут изменены, чтобы растения могли поглощать CO2 ночью, когда потеря воды ниже. Этот специализированный механизм ночного фотосинтеза известен как CAM.

При CAM устьица на листьях открываются преимущественно ночью (прохладнее, влажнее), а C3-фотосинтез происходит днём, экономя воду. CAM-растениям требуется всего 8–16 дюймов осадков в год, по сравнению с 20–40 дюймами для современных биоэнергетических культур.

Ключевые цитаты:

  • Джон Кушман: "При прогнозах повышения температуры на 7°F (3.8°C) и сокращении осадков к 2080 году... эти подходы биодизайна для увеличения производства биомассы становятся очень важными".
  • Джеймс Хартвелл: Команда проведет новаторские исследования, чтобы определить "оптимальный 'список деталей' (ключевые гены и белки) для внедрения CAM-свойств в другие растения".
  • Энн Борланд: "Если мы добьемся успеха, это может привести к созданию тополя, требующего до 80% меньше воды... В долгосрочной перспективе технология может помочь решить проблему продовольственной безопасности".
  • Сяохань Ян: "Принципы биодизайна и возможности геномной инженерии, разработанные в этом проекте, могут быть расширены для повышения водоэффективности других биоэнергетических и продовольственных культур".

Детали гранта:

Грант "Engineering CAM Photosynthetic Machinery into Bioenergy Crops for Biofuels Production in Marginal Environments" финансируется через Управление биологических и экологических исследований DOE.

  • $7.6 млн — Университету Невады, Рино (с субгрантом Университету Ливерпуля).
  • $6.7 млн — Национальной лаборатории Ок-Ридж (с субгрантами Университету Ньюкасла и Университету Теннесси, Ноксвилл).
2012-09-14