Световой сигнал фотосинтеза поможет быстро отбирать урожайные культуры

Международный проект RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) ставит целью повысить способность сельскохозяйственных культур превращать солнечный свет и CO2 в больший урожай. Для этого учёные анализируют тысячи растений, чтобы найти изменения в их структуре или клеточных механизмах, которые могут увеличить продуктивность.

Исследователи из Университета Иллинойса предложили новый подход для оценки фотосинтетической способности растений, чтобы выявлять лучшие признаки и ускорить процесс скрининга. Результаты опубликованы в Journal of Experimental Botany.

Проблема измерения

Измерение фотосинтеза на уровне всего растительного покрова (канопи) сложно. Большинство методов трудоёмки и измеряют только один лист, тогда как в сельском хозяйстве важна функция всех листьев на всех растениях.

Новый метод: сигнал SIF

Команда Карла Бернакки использует два спектральных прибора одновременно:

  • Гиперспектральную камеру для сканирования посевов.
  • Спектрометр для детальной записи информации о солнечном свете.

Это позволяет быстро измерить сигнал Solar Induced Fluorescence (SIF) — свечение, которое растения испускают при «энергетическом возбуждении» во время фотосинтеза.

Ключевое открытие

Учёные обнаружили, что определённая часть сигнала SIF, называемая «выходом SIF» (SIF yield), лучше коррелирует с фотосинтетической способностью. Этот параметр, представляющий долю энергии, испускаемой в виде SIF, от общей поглощённой энергии, несёт важную информацию.

Практическая польза

  1. Упрощение оборудования: Исследование показало, что для точных оценок нужны не все тысячи спектральных диапазонов, а лишь специфические полосы света, связанные с SIF. Это позволяет использовать более дешёвые камеры вместо дорогих гиперспектральных.
  2. Ускорение селекции: Технология может на порядки ускорить прогресс в отборе растений с улучшенным фотосинтезом, что критически важно для обеспечения продовольствием растущего населения.