Пшеница с высокой азотной эффективностью: больше урожая, меньше выбросов

Международная группа исследователей обнаружила и перенесла в элитные сорта пшеницы сегмент хромосомы дикой травы, который заставляет корни выделять естественные ингибиторы нитрификации. Это позволяет сократить интенсивное использование удобрений и уменьшить утечку азота из-под этой культуры в водоемы и атмосферу, сохраняя или повышая ее продуктивность и качество зерна. Об этом сообщается в новом отчете в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Выращивание сортов пшеницы, наделенных признаком биологического ингибирования нитрификации (БИН), может увеличить урожайность как на хорошо удобренных, так и на бедных азотом почвах, считает Г.В. Суббарао, исследователь из Японского международного исследовательского центра сельскохозяйственных наук (JIRCAS) и первый автор отчета.

Пшеница — самая широко возделываемая продовольственная культура в мире, ее потребляют более 2,5 миллиардов человек в 89 странах. Однако, как и другие основные зерновые, овощи и фрукты, культура усваивает менее половины внесенного азота. Остальная часть вымывается, загрязняя грунтовые воды нитратами, или попадает в воздух, часто в виде закиси азота (N₂O) — парникового газа, в 300 раз более мощного, чем CO₂.

Внедрение признака БИН в элитные сорта

Ученые сначала определили регион хромосомы, связанный с высокой способностью к БИН у многолетнего злака Leymus racemosus, и перенесли его в сорт пшеницы Chinese Spring с помощью методов отдаленной гибридизации. Затем эту хромосомную последовательность перенесли в несколько высокоурожайных элитных сортов пшеницы, что привело к почти двукратному увеличению их БИН-способности.

Новые линии пшеницы, созданные в Международном центре улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT), значительно снизили активность почвенных микробов, которые обычно превращают удобрения и органические азотные вещества в экологически вредные соединения, такие как закись азота.

Ученые отметили, что пшеница с признаком БИН также показала большую общую биомассу и урожайность зерна без негативного влияния на уровень белка в зерне или хлебопекарные качества.

Значение для сельского хозяйства и климата

Исследование появилось вскоре после публикации Шестого оценочного доклада МГЭИК, который подчеркивает необходимость сокращения выбросов парниковых газов. На сельское хозяйство приходится 30% глобальных выбросов парниковых газов. Сорта пшеницы с признаком БИН могут сыграть важную роль в сокращении этого воздействия.

Для реализации полного потенциала технологии необходимо перенести признак БИН во множество элитных сортов, адаптированных к разным регионам выращивания, и оценить их урожайность в различных полевых условиях.

Проект по созданию азотоэффективных систем производства пшеницы на Индо-Гангской равнине с использованием БИН уже одобрен Японией и реализуется при сотрудничестве JIRCAS, Индийского совета по сельскохозяйственным исследованиям (ICAR) и Института Борлоуга в Южной Азии (BISA). Технология БИН также включена в японский правительственный документ по "зеленым технологиям" для перехода к безуглеродной экономике.