Как засуха и озоновое загрязнение снижают урожайность сои

от

В новом исследовании учёные, занимающиеся сельскохозяйственными культурами в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне и Службе сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, показали, что соя получает двойной урон от засухи и озонового загрязнения, которые растут по всему миру из-за изменения климата.

Исследование под названием «Засуха не смягчает снижение фотосинтеза и урожайности сои, вызванное повышенным содержанием озона» опубликовано в журнале Plant Physiology. В нём опровергается предположение о том, что засуха может защитить растения сои от вредного воздействия озона, которое включает побурение листьев, опадание листьев и потерю урожая.

Логика исследования

Листья покрыты тысячами крошечных отверстий, называемых устьицами, через которые поступает углекислый газ и выходит водяной пар. Когда растения ощущают засуху, они закрывают устьица, чтобы сохранить воду. Некоторые ранние исследования предполагали, что, вызывая закрытие устьиц, засуха также может препятствовать попаданию озона в листья и повреждению чувствительных тканей.

Однако команда исследователей под руководством Лизы Эйнсворт обнаружила, что это не так. Значительное негативное влияние озона на урожайность наблюдалось независимо от засухи.

Методы исследования

Команда Эйнсворт выращивала сою в поле в течение трёх лет при концентрации озона в 100 частей на миллиард — аналогично летним концентрациям в сельскохозяйственных регионах Китая и Индии сегодня — при этом исключая около 40% осадков каждого сезона.

Исследователи измеряли физиологические характеристики, связанные с фотосинтезом и гормональной сигнализацией у растущих растений, а также урожайность в конце каждого сезона. Повышенный уровень озона последовательно снижал эффективность фотосинтеза и урожайность, приводя к уменьшению количества и размера семян в каждом стручке.

Гормональная сигнализация была важна для изучения, поскольку учёные предположили, что озон может нарушать действие гормона абсцизовой кислоты, который передаёт сигнал засухи от корней к устьицам. Это означало бы, что устьица остаются открытыми, позволяя озону проникать внутрь и повреждать фотосинтетический аппарат. Но команда Эйнсворт обнаружила, что концентрация абсцизовой кислоты линейно коррелировала с количеством влаги в почве независимо от того, выращивались ли растения в естественных условиях или при повышенном содержании озона.

Таким образом, даже при правильной работе абсцизовой кислоты и реагировании устьиц на засуху озон всё равно проникал внутрь и повреждал ткани. Почему?

Эйнсворт объясняет, что устьица обычно не закрываются полностью даже в самые засушливые годы. При концентрации озона в 100 частей на миллиард любое его количество, которое попадает внутрь, создаёт проблемы.

Озон может превращаться в другие активные формы кислорода, которые могут проникать в клетки и вызывать сигналы, говорящие: «Эй, мы под атакой», и приводить к изменениям в экспрессии генов. При очень высоких концентрациях озона может быть запущен гиперчувствительный ответ, вызывающий гибель клеток.

Хотя концентрации озона в кукурузном поясе США ниже, чем 100 частей на миллиард, проверенных в исследовании, порог повреждения составляет всего около 40 частей на миллиард. Концентрации в кукурузном поясе обычно превышают этот уровень во время вегетационного периода и, по прогнозам, будут увеличиваться до 2070 года.

Эйнсворт также говорит, что фермеры могут не распознавать повреждения от озона, поскольку симптомы можно принять за болезни или другой ущерб окружающей среде. Она надеется, что её последнее исследование повысит осведомлённость среди фермеров, селекционеров и политиков.

«Понимание того, как эти факторы взаимодействуют, поможет нам разработать методы, которые могли бы смягчить их воздействие. Независимо от того, есть ли засуха или нет, повышение устойчивости к озону будет ключевым фактором», — говорит Эйнсворт.

«Озон — это короткоживущий загрязнитель, а это значит, что у нас есть возможность что-то с этим сделать в краткосрочной перспективе. Наша работа показывает, что 100 частей на миллиард озона оказывают очень большое влияние на развитие семян сои. Если мы хотим иметь немедленный способ повышения урожайности, сокращение озонового загрязнения станет хорошей стратегией», — сказала Эйнсворт.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте