Исследователи доказали, что новый метод можно использовать для измерения стресса от озона у соевых бобов
Для оценки влияния атмосферных загрязнителей на урожай учёным нужны инструменты. За последнее десятилетие в сельском хозяйстве для обнаружения стресса у растений стали использовать измерения солнечно-индуцированной флуоресценции хлорофилла (SIF).
Растения поглощают солнечный свет для фотосинтеза, а неиспользованная энергия излучается в виде тепла и слабого свечения, невидимого человеческому глазу, — флуоресценции. С момента создания первой глобальной карты SIF в 2011 году исследователи используют этот метод для изучения динамики фотосинтеза, например, чтобы определить, как высокий уровень диоксида углерода (CO2) или повышенная температура влияют на свойства растений.
Теперь команда из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и Службы сельскохозяйственных исследований USDA применила SIF для измерения воздействия повышенного содержания озона (O3) на растения сои. Результаты опубликованы в Journal of Experimental Botany.
«Исследователи обнаружили, что SIF — это более быстрый, безопасный и неинвазивный способ изучения фотосинтеза, — отметил Гэнхун У, первый автор работы. — Новизна этого исследования в том, что впервые SIF был использован для измерения стресса от повышенного содержания озона у сои в полевых условиях».
Озон — вредный загрязнитель воздуха, наносящий ущерб фермерам. Объект SoyFACE предоставляет площадку для изучения воздействия озона в полевых условиях. Для данного исследования был поставлен эксперимент с четырьмя контрольными участками и четырьмя участками с повышенным содержанием O3.
Команда использовала портативную спектроскопическую систему, размещённую примерно в полуметре над растительным покровом, для измерений на контрольных и опытных участках. Было обнаружено, что повышенный уровень O3 приводит к снижению SIF — до 36% в конце вегетационного периода.
Наряду с SIF одновременно измерялись другие процессы, связанные с фотосинтезом, такие как транспорт электронов и газообмен листьев. «Наблюдая снижение этих показателей при более высоком уровне озона, мы убедились, что уменьшение SIF является признаком стресса», — сказала Лиза Эйнсворт.
Хотя SIF напрямую связан с фотосинтезом, на него влияют и другие факторы. Однако, как отмечает У, фотосинтез в сочетании с измерениями размера растений может дать фермерам хорошую оценку урожайности.
Одно из преимуществ SIF — его масштабируемость. У и его коллеги в Германии используют самолёты, летающие на высоте 1 км, для оценки эффектов SIF на целое поле. Вместе со старшим автором работы, профессором Кайю Гуанем, У надеется использовать метод для отслеживания фотосинтеза в разных регионах мира со спутника на орбите Земли.
«Мы хотим использовать SIF для оценки или мониторинга динамики фотосинтеза в региональном или глобальном масштабе, — подчеркнул У. — Для этого нам также необходимо глубже понять механистическую взаимосвязь между SIF и фотосинтезом». Эксперименты, проведённые на SoyFACE для связи SIF с загрязнением воздуха, помогают построить это понимание.