Повышение CO₂ может снизить урожайность культур
Высокоурожайные карликовые сорта растений теряют своё преимущество из-за роста концентрации углекислого газа.
Содержание CO₂ в атмосфере продолжает расти и нагревать климат. Однако этот газ незаменим для растений, так как они используют углерод для образования глюкозы и других важных веществ. Значит, чем больше CO₂, тем лучше? К сожалению, уравнение не такое простое. Современные растения, обеспечивающие наше продовольствие, были выведены не для вертикального роста, а для коротких стеблей и высокой урожайности зерна. Учёные из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка и Потсдамского университета обнаружили, что рост уровня CO₂ может нивелировать полезные эффекты карликовых сортов.
Сорт риса IR8, почти исчезнувший с рынка, произвёл фурор в 1960-х годах. Эта карликовая разновидность давала невероятные урожаи и предотвратила прогнозируемый тогда дефицит пищи. В то время как другие высокоурожайные сорта сгибались под весом зёрен, крепкие короткие стебли IR8 легко выдерживали высокую урожайность. Кроме того, растение экономило питательные вещества и энергию за счёт отсутствия вертикального роста и было ещё более продуктивным. Всё, что не требовалось для роста стеблей, шло в зёрна. Такие растения, как IR8, защитили человечество от глобального голода и стали частью «Зелёной революции» в сельском хозяйстве.
Однако урожайность IR8 с тех пор снизилась примерно на 15%, и его выращивание перестало быть рентабельным. Чтобы понять это, нужно знать механизм, лежащий в основе карликового роста. У карликового сорта риса отсутствует фермент, необходимый для производства растительного гормона гиббереллиновой кислоты; без неё растение остаётся низким, но крепким и урожайным.
Хотя генетический состав риса IR8 за последние 50 лет не изменился, его урожайность постоянно падала. Исследователи под руководством Бернда Мюллера-Рёбера решили выяснить, связано ли это с глобальным ростом уровня атмосферного CO₂. Ведь текущая концентрация парникового газа в атмосфере на 25% выше, чем в 1960-х годах.
Используя модельное растение Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), учёные обнаружили, что более высокая концентрация CO₂ разблокирует у карликовых растений способность производить гиббереллиновую кислоту. CO₂, по-видимому, оказывает такой же стимулирующий рост эффект, как и гиббереллиновая кислота. В эксперименте карликовые растения постепенно теряли своё преимущество и всё больше походили на контрольные растения.
«Селекционеры теперь сталкиваются с задачей выведения новых растений, которые смогут давать хорошие урожаи в изменившихся климатических условиях», — говорит один из авторов исследования Йос Схипперс. Выращивание карликовых сортов распространено не только для риса; фермеры также предпочитают короткостебельные сорта пшеницы. Обе эти культуры являются основными продуктами питания для большей части населения мира. Теперь исследователи ищут механизм, с помощью которого газообразный CO₂ влияет на рост растений.