Поиск лучших мишеней для повышения урожайности через изучение пути CO₂ внутри листа
Учёные измерили относительную важность различных препятствий, которые углекислый газ (CO₂) встречает на своём пути из атмосферы внутрь клеток растений, где он превращается в сахара. Этот передовой метод исследования предоставляет столь необходимую информацию, которая поможет повысить урожайность важных продовольственных культур, таких как коровий горох, соя и маниок.
«Наши данные указывают на многообещающие мишени для улучшения диффузии CO₂ через лист с целью повышения продуктивности сельскохозяйственных культур», — говорит ведущий автор доктор Тори Кларк из Австралийского национального университета (ANU), работающая в рамках проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency). Этот международный проект направлен на улучшение фотосинтеза для создания более урожайных культур для фермеров по всему миру.
CO₂ проникает в клетки растений и превращается в пищу в процессе фотосинтеза ферментами внутри хлоропластов. Однако этот путь сопряжён с препятствиями и сопротивлениями: твёрдыми стенками, жидкостными барьерами и «тоннелями», охраняемыми белками-привратниками.
«Наши результаты чрезвычайно помогут в создании более точных моделей листа и урожая, поскольку мы связали анатомические структуры внутри листьев с важными физиологическими аспектами, такими как возраст листа и его положение в пологе, чтобы выяснить, что влияет на поглощение CO₂ клетками листа», — отмечает доктор Кларк из ARC Centre of Excellence for Translational Photosynthesis (CoETP).
Исследование, опубликованное в журнале Королевского общества Interface Focus, использовало табак в качестве модели, поскольку это растение, как и важные продовольственные культуры (соя, коровий горох, картофель), формирует полог.
«Наша цель — сделать эти культуры более продуктивными, улучшив не только листья в верхней части полога, но и распространив эти изменения на всё растение. В этой работе мы учитываем естественную вариацию листьев в пределах полога и её связь с фотосинтетической способностью», — говорит соавтор работы доктор Флоренс Данила из CoETP.
Диффузия CO₂ из воздуха в клетки листа необходима для фотосинтеза, но до сих пор понимание этого процесса было ограниченным.
«В этом исследовании мы детально проработали все эти параметры и физиологические измерения и обнаружили, что такие переменные, как толщина клеточных стенок, должны стать мишенью для улучшения в будущих исследованиях», — говорит заместитель директора CoETP профессор Сюзанна фон Кеммерер, соавтор исследования.
«Неожиданно, другие аспекты, такие как взаимосвязь между площадью хлоропластов и положением листьев в пологе, оказались не столь значимыми, как мы ожидали. Эта информация крайне важна для будущих исследователей, сосредоточенных на улучшении фотосинтеза и производства пищи в культурах, формирующих полог», — заключает она.