Ученые придумали, как сделать засухоустойчивые растения

ростки в гошочках фото

Засуха вызывает большие потери урожая во многих регионах мира, а изменение климата угрожает ухудшить ситуацию как в умеренных, так и в засушливых регионах.

Ученые проводят исследования, посвященные изучению водосохраняющих альтернатив фотосинтеза в условиях климата, который, вероятно, станет более жарким и сухим в будущем.

Американское общество биологов растений рассказало о создании засухоустойчивых культур с метаболизмом красулоиднои кислоты, который также известен как САМ-фотосинтез. Об экологических преимуществах экономии воды в новой модели метаболизма листья сообщает статья в журнале The Plant Cell.

В новой работе доктор Надин Тепфер из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница вместе с коллегами из Оксфордского университета в Великобритании проанализировали потенциал создания засухоустойчивых растений путем внедрения метаболизма красулоиднои кислоты в культуры.

Метаболизм красулоиднои кислоты (также известный как фотосинтез САМ) — это путь фиксации углерода, который развился у некоторых растений в результате адаптации к засушливым климатическим условиям. У растений, используют фотосинтез CAM, устьица на листьях остаются закрытыми в течение дня, чтобы уменьшить испарения воды.

Ночью CO2 хранится в вакуолях клетки в виде яблочной кислоты, а днем ​​она транспортируется в хлоропласты, где снова превращается в CO2. Этот углекислый газ затем используется в ходе фотосинтеза. Предварительно собранный CO2 сконцентрирован вокруг специального фермента RuBisCO.

Он как раз и повышает эффективность фотосинтеза. Этот механизм кислотного обмена был впервые обнаружен у растений семейства Crassulaceae. Самый известный вид — толстянка, которая получила прозвище «денежное дерево». Ученые использовали сложный математический подход к моделированию для изучения эффектов использования фотосинтеза САМ в различные растения.

Ведущий автор Надин Тепфер, которая выполняла эту работу в Оксфорде, сказала: «Моделирование — мощный инструмент для исследования сложных систем, и оно дает понимание, которое может помочь в лабораторных и полевых исследованиях. Я верю, что наши результаты послужат вдохновением для исследователей, стремящихся передать водосберегающие свойства растений CAM другим видам».

Используя моделирование в большом диапазоне температур и условий относительной влажности, авторы исследования задали себе вопрос: будет ли фотосинтез-CAM или альтернативные методы экономии воды более продуктивными в условиях, где обычно выращиваются культуры, используют C3-фотосинтез?

Они обнаружили, что вакуумная емкость листа является основным фактором, ограничивающим эффективность использования воды во время CAM-фотосинтеза. Также они выяснили, что условия окружающей среды формируют возникновения различных фаз цикла CAM. Математическое моделирование позволило выявить альтернативный цикл фотосинтеза, как потенциальный фактор начальной фиксации углерода в ночное время.

Их результаты показали не только то, что водосохраняющий потенциал фотосинтеза САМ сильно зависит от окружающей среды (причем дневная среда более важна, чем ночная). Также ученые отметили, что альтернативные метаболические режимы, отличные от естественного цикла САМ, могут быть полезны при определенных условиях.

Например, в более короткие дни с менее экстремальными температурами. Выводы ученых помогут человечеству подготовиться к выращиванию продовольственных культур во все более жарких и сухих климатических условиях.

Ранее мы писали, о том, какие первые виды животных человечество привело к исчезновению, а также о том, как ученые создали искусственные листы, генерирующие топливо из углекислого газа.

 

 

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Александра Дзюба
ТЭГИ: