Ученые сообщают, что можно обнаружить и предсказать тепловое повреждение сельскохозяйственных культур путем измерения флуоресцентной световой сигнатуры листьев растений, испытывающих тепловой стресс. Исследователи говорят, что если этот флуоресцентный сигнал будет получен через спутник, он сможет обеспечить широкомасштабный мониторинг роста и урожайности сельскохозяйственных культур в условиях теплового стресса, вызванного изменением климата.
В их исследовании измеряется индуцированная солнцем флуоресценция хлорофилла - или SIF - для контроля фотосинтетического здоровья растений и установления связи между тепловым стрессом и урожайностью. Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology..
Вызванная солнцем флуоресценция хлорофилла происходит, когда часть фотосинтетической энергии в форме ближнего инфракрасного света излучается листьями растений, говорят исследователи.
«Существует связь между индуцированной солнцем флуоресценцией хлорофилла и скоростью фотосинтеза в растениях; однако было неясно, может ли обнаружение SIF измерять физиологические реакции растений, подвергающихся тепловому стрессу», - сказал ведущий автор Хёнсук Кимм, естественный и аспирант по ресурсам и наукам об окружающей среде Иллинойсского университета в Урбана-Шампейн. «Например, когда соевые бобы подвергаются высокотемпературному стрессу, они не показывают каких-либо явных изменений в структуре кроны, а обычные сигналы дистанционного зондирования не дают четких последовательных спектральных характеристик».
Чтобы прояснить связь между SIF и урожайностью, исследователи использовали систему гиперспектрального зондирования для измерения SIF над посевами сои на экспериментальных участках U. of I.’s Temperature Free-Air-Controlled Enhancement в центральном Иллинойсе. В исследовании сообщается, что установка отслеживала изменения флуоресценции хлорофилла навеса листьев сои в контролируемой среде с использованием инфракрасных ламп для повышения температуры на 1,5, 3,0, 4,5 и 6,0 градусов Цельсия по сравнению с температурой навеса растений.
«Эта экспериментальная установка - и это большой температурный градиент - является первой в своем роде», - сказал соавтор Карл Бернакки, профессор биологии растений и растениеводства и научный сотрудник Департамента США. Служба сельскохозяйственных исследований сельского хозяйства в Университете И.
«Мы обнаружили, что индуцированная солнцем флуоресценция реагирует на повышение температуры и соответствует меньшему количеству и более низкому качеству листьев сои», - сказал профессор природных ресурсов и наук об окружающей среде Кайю Гуан, руководивший исследованием. «Мы также обнаружили, что тепловой стресс оказывает большое влияние на соевые бобы во время их репродуктивных стадий, когда растения производят зерно, что в конечном итоге влияет на размер и количество получаемых соевых бобов."
Это исследование устанавливает корреляцию между тепловым стрессом, SIF и качеством зерна, а также выясняет, как тепловой стресс влияет на эффективность фотосинтеза и урожайность.
«Этот метод может предоставить селекционерам инструмент для выявления более термостойких культур и помочь фермерам выбрать лучшие культуры для выращивания в Кукурузном поясе США по мере повышения температуры, как это предсказывается многими климатическими моделями», - сказал соавтор. автор Лиза Эйнсворт, профессор биологии растений и ученый Министерства сельского хозяйства США в Иллинойсе.