Селекция сои — это вариант решения проблем не только мировой продовольственной безопасности, но и парникового эффекта

 

 

Новое исследование показывает, что селекция однолетних травянистых растений, таких как соя культурная (Glycine max), позволяет повысить урожайность и компенсировать нагревание парникового газа при меньших затратах воды. Это исследование является первым, которое продемонстрировало, что одна из основных сельскохозяйственных продовольственных культур может быть использована для достижения одновременно нескольких целей.

В ходе исследования, возглавляемого Дарреном Дрюри (Darren Drewry) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory), использовали современную модель растительности и высокоэффективные компьютерные методы оптимизации. Было установлено, что селекционируя сою различными методами, можно повысить урожайность этой культуры примерно на 7%, не используя при этом большего количества воды. Растения сои также можно отселекционировать для того, чтобы потреблять на 13% меньше воды, либо отражать в космос на 34% больше света, без каких-либо потерь урожайности. Исследование проводили на средства National Science Foundation при поддержке Лаборатории реактивного движения и Фонда Билла и Мелинды Гейтс, пишет kosmo-apparaty.ru.

По словам Дрюри, его интуиция подсказывала, что некоторые из этих целей являются взаимоисключающими — то есть фундаментальный компромисс между повышением урожайности и экономией воды невозможен. Теперь можно утверждать, что действительно есть комбинация черт, позволяющая добиться прогресса по всех целям одновременно, объясняет ученый. Статья, посвященная результатам исследования Дрюри и его коллег Правина Кумара (Praveen Kumar) и Стефена Лонга (Stephen Long) из Университета штата Иллинойс (США), была опубликована в журнале Global Change Biology.

Это исследование весьма актуально, ведь глобальной продовольственной безопасности в настоящее время как никогда угрожают климатические изменения и рост численности населения планеты. По оценкам ООН, производство продовольствия к 2050 году необходимо увеличить, по меньшей мере, на 70%, дабы удовлетворить мировое потребности в продуктах питания, а соя — самая важная белковая культура в мире.

Дрюри разработал модель MLCan (multi-layer canopy model), которую он использовал в ходе данного исследования для изучения сельскохозяйственных систем Среднего Запада США, но она может быть адаптирована для исследования в областях с преобладанием иных видов растительности. Модель учитывает обмен углекислого газа, воды и энергии между растительностью и атмосферой в мельчащих деталях.

В рамках исследования также использовали числовую оптимизацию — математический метод, позволяющий установить, какой среди широкого диапазона вариантов приведет к желаемому результату. Дрюри выбрал пять структурных особенностей растения, среди которых общая площадь лиственного покрова (число и размер листьев) и угол, под которым листья расположены по отношению к стеблю растения. Модель MLCan изменяла одну или несколько из 5 характеристик в рамках каждого эксперимента, «отсекая» менее результативные решения и совершенствуя те, которые максимально позволяли приблизиться к поставленной цели.

В зависимости от целей предназначения, специфика селекции соевых растений может отличаться. В рамках одного из экспериментов было получено растение, на выращивание которого требуется на 13% меньше воды, но при этом такое же продуктивное, как и современные сорта. Этот сорт сои был бы чрезвычайной ценен для фермеров, сельскохозяйственные угодья которых находятся в районах, страдающих от засухи. У этого растения листья расположены ближе к стеблю. Отражения большего количества солнечного излучения обратно в космическое пространство предусматривает селекцию многих признаков, таких как плотность листвы, угол наклона листьев по отношению к стеблю, специфика их распределения. Важно также знать, сколько света листья отражают, и в какие части солнечного спектра.

Ученые, посредством моделирования, быстро нашли ответы на все поставленные вопросы, на которые у селекционеров при иных обстоятельства ушел бы не один год. Селекционеры видоизменяют за один раз только одну черту, поэтому на создание нового гибрида обычно уходит очень много времени — и то нет никаких гарантий, что итоговый результат будет отвечать поставленной цели. Видоизменение сразу двух или трех признаков — это чрезвычайно сложный процесс, требующий много времени.

Коллекции семян, например, коллекция идиоплазмы сои министерства сельского хозяйства США, насчитывающая порядка 20 тысяч сортов со всего мира — вероятно, содержит генетический материал, необходимый для того, чтобы получить соевые растения с этими чертами.

В сравнении с многими, так называемыми, геоинженерными решениями, которые были предложены для урегулирования изменений климата (распыление сульфатов в верхних слоях атмосферы, дабы уменьшить поступающий на Землю солнечный свет; насыщение океанических вод железом для увеличения фотосинтеза планктона), увеличение отражательной способности однолетних культур может быть не только более эффективным, но и более дешевым способом.

По словам Дрюри, многие предложенные геоинженерные решения требуют значительных расходов, при том, что потенциальные выгоды от них достоверно неизвестны.

 

На заставке фото с сайта de.academic.ru