Кукурузу редактируют для получения выгоды от повышенного уровня углекислого газа в будущем

 

Уровень углекислого газа (CO 2) продолжает расти. Посредством фотосинтеза растения способны использовать CO 2 для производства урожая. По логике, большее количество CO 2 должно стимулировать лучшую урожайность, однако, новый обзор Университета Иллинойса показывает, что некоторые сельхозкультуры, в том числе кукуруза, адаптированы к доиндустриальной среде и не могут эффективно распределять свои ресурсы, чтобы получать выгоды от дополнительного углекислого газа. Но это можно изменить

 

Большинство растений (включая сою, рис, рапс и все деревья) относят к группе C3, потому что они сначала связывают CO 2 в углевод, содержащий три атома углерода.

Кукуруза, сорго и сахарный тростник относятся к другой группе, известной как C4, названной так потому, что они сначала превращают CO 2 в четырехуглеродный углевод во время фотосинтеза.

В среднем культуры C4 на 60 процентов производительнее, чем культуры C3.

Исследователи из Университета Иллинойса в своей работе, поддержанной проектом Water Efficient Sorghum Technologies (WEST), направленным на разработку биоэнергетических культур, провели обзор соответствующей литературы, изучили данные экспериментов и отмечают следующее.

Когда культуры выращивали в лабораториях в условиях повышенного содержания CO 2, имитирующих будущие атмосферные условия, культуры группы C3, действительно, показывали повышение плодородия, но культуры C4 нет.

«Как ученым, нам нужно думать на несколько шагов вперед, чтобы предвидеть, как Земля будет выглядеть через пять-тридцать лет, и как мы можем спроектировать сельскохозяйственные культуры для урожайности в новых условиях, — говорит Чарльз Пиньон, участник работы. – Мы решили, что обзор литературы и ретроспективный анализ биохимических ограничений фотосинтеза могут дать нам некоторое представление о том, почему культуры C4 могут не отреагировать должным образом и как это изменить».

Команда собрала набор данных измерений фотосинтеза по 49 видам C4, включая культуры, которые могут выявить ограничения фотосинтеза.

Обнаруженная закономерность заключалась в том, что при низком уровне CO 2 — намного ниже того, что было у растений до промышленной революции — фотосинтез C4 ограничивался активностью фермента, фиксирующего CO 2.

Однако при сегодняшних уровнях CO 2 фотосинтез C4 был ограничен способностью обеспечивать трехуглеродную молекулу, которая принимает четвертый CO 2.

«Это открытие аналогично производственной линии по сборке автомобилей, где сначала устанавливают двигатель, а уж потом колеса, — комментирует соавтор научной работы профессор Стивен Лонг, — нам необходимо спроектировать растения, чтобы лучше сбалансировать их ресурсы».

Во-первых, авторы предполагают, что культурам C4 необходимо сократить количество фермента, используемого для фиксации CO 2, и реинвестировать сэкономленные ресурсы в создание большего количества молекулы акцептора CO 2.

Во-вторых, необходимо ограничить поступление CO 2 в лист, уменьшив количество пор (устьиц) на поверхности листа. «Снижение содержания CO 2 в листьях приведет к повторной оптимизации биохимии без снижения скорости фотосинтеза, а с меньшим количеством устьиц будет потеряно меньше воды, поэтому мы увеличиваем эффективность использования воды растениями», — сказал Лонг.

Проект WEST завершился в 2019 году. Эти предлагаемые изменения в культурах C4 в настоящее время осуществляются в Центре передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI), который поддерживается Министерством энергетики.

Источник

Поделиться новостью
Перейти к верхней панели