Такие культуры, как пшеница, могут на 21% эффективнее превращать солнечную энергию в пищу, согласно новому исследованию Ланкастерского университета.
Пищевая цепочка зависит от растений, использующих солнечный свет для превращения углекислого газа из воздуха в пищу. Этот процесс, известный как фотосинтез, необходим для роста растений, включая такие культуры, как пшеница.
Однако, когда лист возвращается к полному солнечному свету после периода пребывания в тени, фотосинтезу требуется некоторое время, чтобы восстановить максимальную эффективность, а это означает, что ценная энергия солнца тратится впустую.
Это явно снижает урожайность, но до сих пор масштаб проблемы не был экспериментально определен.
Используя инфракрасные газоанализаторы, подключенные к миниатюрной камере с контролируемой средой, доктор Сэмюэл Тейлор и профессор Стив Лонг из Ланкастерского экологического центра (LEC) смоделировали внезапное увеличение солнечного света после тени и измерили время, которое это заняло. чтобы растение восстановило свою максимальную эффективность фотосинтеза и в полной мере использовало дополнительную энергию света.
Они обнаружили, что для достижения максимальной эффективности фотосинтеза требуется около 15 минут. Основываясь на световых колебаниях, которые будут происходить в посевах пшеницы, они рассчитали, насколько меньше углекислого газа поглощает урожай в течение дня из-за такой медленной адаптации. Удивительный результат составил 21%.
Ученый-растениевод профессор Лонг из Университета Ланкастера и Университета Иллинойса сказал: «Это очень значительная потеря. Следующим шагом будет поиск сортов пшеницы, которые быстро реагируют на увеличение доступности солнечного света. использовать эту черту и скрещивать ее с нашими современными сортами пшеницы, чтобы увеличить наши урожаи».
Хотя урожайность пшеницы в Великобритании и во всем мире резко возросла во второй половине двадцатого века, увеличение в этом столетии оказалось неуловимым. Эта работа может открыть один из способов снова продвинуться вперед в повышении урожайности. Исследование также предполагает, что увеличение урожайности за счет ускорения приспособления к таким колебаниям естественного освещения не потребует большего количества воды или большего количества питательных веществ, что повысит устойчивость».
Доктор Тейлор и профессор Лонг продолжили анализ механизмов, ответственных за отсроченный ответ фотосинтеза. Они обнаружили, что наиболее важным фактором была скорость, с которой активация Rubisco (фермента, используемого всеми растениями для катализа поглощения углекислого газа) восстанавливалась при ярком солнечном свете. Рубиско - самый распространенный в мире белок, присутствующий во всех листьях растений и во всех водорослях.
Доктор Элизабет Кармо-Сильва из Ланкастерского университета является мировым экспертом в области активации Rubisco, сложного процесса, который может стать ключом к более эффективному фотосинтезу всех культур, а не только пшеницы.
Она сказала: «До сих пор мы знали, что активация Rubisco в ответ на колеблющийся свет ограничивает фотосинтетический потенциал пшеницы, но понятия не имели, что это может быть настолько важно для урожайности».
"Продолжающиеся исследования в LEC изучают естественную изменчивость эффективности Rubisco в различных видах пшеницы и родственных диких пшеницах. Эта изменчивость, вероятно, будет использоваться для выведения новых сортов пшеницы, которые помогут удовлетворить потребность в увеличении урожайность и устойчивость на земле, которую мы уже используем."