Технологии редактирования генов, в том числе CRISPR, обещают ускорить создание сортов сельскохозяйственных культур, пригодных для эффективного связывания углерода и противостояния засухе.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, в 2020 году глобальные выбросы от производства сельскохозяйственной продукции составили 16 миллиардов тонн эквивалента углекислого газа (рост на 9% по сравнению с 2000 годом).
В статье под названием «Углубляясь: корни, углерод и анализ динамики углерода в почве», опубликованной в журнале Molecular Plan, ведущий автор Анджела Фернандо, консультант международного альянса Alliance of Bioversity International и CIAT (Международный центр тропического сельского хозяйства), и ее коллеги предлагают уделить приоритетное внимание изменению корневой системе сельскохозяйственных культур, чтобы улучшить удержание углерода в почве и тем самым внести вклад в нулевые выбросы углекислого газа в мире.
Фернандо объясняет, что распространенная глубокая обработка почвы, предназначенная для культур с поверхностной и довольно мелкой корневой системой, не только уменьшает содержание органического вещества, но и приводит к тому, что углерод почвы снова попадает в атмосферу. К этому добавляется последующее разложение мелких корней, вынесенных обработкой на поверхность, - разлагаясь под воздействием микроорганизмов и внешних условий эти остатки также производят углерод.
В связи с этим исследователь предлагает более широкое внедрение беспахотного земледелия и создание линейки сортов с глубокими корнями для распространенных продовольственных и кормовых культур.
Анджела Фернандо поясняет, что органический углерод почвы «похож на подушку, спрятанную в почве» и что если корни способны достигать метровой, а еще лучше, двухметровой отметки, они гораздо менее уязвимы для дефицита питательных веществ и воды, когда наступают засушливые условия, а после уборки урожая остаются с накопленным углеродом под землей.
Большинство современных сортов сельскохозяйственных культур не обладают глубокой корневой системой, однако благодаря открытию гена DRO1, контролирующего угол наклона корней, теперь возможно создавать сельскохозяйственные растений, корни которых опускаются на глубину до метра или более.
«У измененных растений растут в почве прямо и в глубину, становясь резервуарами почвенного углерода», отмечает Фернандо.
Джо Томе, директор Американского центра Альянса, добавил, что открытие DRO1 в 2013 году стало «значительным прорывом в исследованиях по адаптации продовольственных культур к водному дефициту, поскольку более глубокие корни имеют доступ к источникам подземной воды».
Между тем наметился прогресс по измерению почвенного углерода, один из самых трудных для подсчета показателей, в том числе, и для выплат углеродных кредитов аграриям.
Майкл Гомес Сельварадж, эксперт по цифровому сельскому хозяйству Альянса и соавтор научной статьи, объясняет, что образцы по-прежнему отбираются один за другим в виде кернов почвы, а затем проверяются в лаборатории, но сочетание дистанционного зондирования и анализа искусственного интеллекта меняет это.
«Если вы обследуете 400 гектаров, 40 образцов не будут истинным представлением содержания углерода в почве. Кроме того, большинство людей, измеряющих углерод, делают это на глубине всего лишь до 40 сантиметров», — говорит Гомес. Он объяснил, что усовершенствования в измерении углерода с помощью дистанционного зондирования и последующем применении анализа ИИ к этим данным позволят быстро и точно измерять углерод в почве в масштабе гектара.
«У нас очень высокая точность лабораторных и удаленных образцов, и теперь у нас есть хорошая модель искусственного интеллекта для расчета углерода в почве. Мы применяем его для сканирования огромных участков земли на наличие органического углерода и надеемся, что в будущем мы пойдем еще глубже, опустившись на один метр под землю», - пояснил он.
«Мы не хотим разрушать почву ни на каком этапе, поэтому будем внедрять неразрушающие инструменты дистанционного зондирования», — добавляет Фернандо.
Исследователи объясняют, что если углерод в почве можно будет измерять быстрее, точнее и на большой территории, то углерод в почве можно будет оценивать легче, а фермерам будет легче участвовать в углеродных рынках.
«Чтобы получить сертификат углерода, нужна точность, поэтому мы работаем в рамках государственно-частного партнерства над разработкой методологии измерения углерода в почве, которая может окупиться для фермеров», — говорит Гомес.
Что касается селекции растений, то в первую очередь планируется наделить глубокими корнями рис, бобовые и различные кормовые культуры для скота, чтобы увеличить секвестрацию углерода в почве.
«Технологии редактирования генов, в том числе CRISPR, обещают ускорить создание сортов сельскохозяйственных культур, пригодных для эффективного улавливания ресурсов и связывания углерода», заключает говорит Фернандо.
Источник: The Alliance of Bioversity International and CIAT.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.