Ученые проанализировали тройное воздействие изменения климата на качество сои: повышение концентрации углекислого газа (CO₂), высокие температуры и засуха.
Исследование, опубликованное в журнале Food Research International, проводилось учеными из Лаборатории экологической физиологии растений (LAFIECO) кафедры ботаники Института биологических наук Университета Сан-Паулу (IB-USP) в Бразилии. Ученые выявили снижение содержания крахмала на 20% и белка на 6% в бобах, подвергшихся тройному воздействию. Кроме того, они отметили значительное увеличение содержания аминокислот (на 175%).
«Это увеличение содержания аминокислот было неожиданным. Мы даже не знаем, как это повлияет на животных. Нам необходимо понять последствия тройного воздействия на белковый обмен, что очень важно для сои, используемой в кормах для животных. Мы видели, что содержание белка снижается в условиях резких климатических изменений. Кроме того, бобы теряют крахмал, а значит, и энергию», — резюмирует Маркос Баккеридж, координатор LAFIECO.
Исследователь утверждает, что полученные данные могут помочь откалибровать прогностические модели для глобального сельского хозяйства в контексте воздействия изменения климата, о котором сообщает Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC). Группа, ответственная за исследование, состоит из исследователей в области биоинформатики, физиологии и биохимии растений, химии, статистики и математического моделирования. Они являются пионерами в изучении совокупного воздействия этих стрессовых факторов на урожай сои. Однако это первое исследование, в котором оценивается совокупное воздействие всех трех факторов, указывающее на то, что может произойти с урожаем.
Баккеридж отмечает, что удобряющее действие повышенного уровня углекислого газа на растения хорошо задокументировано в литературе: «Это заставляет растение расти быстрее, что позволяет производить больше семян. А что происходит, когда присутствует засуха? Мы обнаружили, что CO₂ защищает растение от последствий засухи. Даже умеренная засуха приводит к тому, что растение производит меньше семян. Но при высоком уровне углекислого газа устьица листьев слегка закрываются [устьица — это важнейшие микроструктуры для газообмена и транспирации, которые в основном находятся в листьях и открываются в течение дня при наличии света]. Другими словами, растение поглощает углекислый газ, необходимый ему для жизнедеятельности, но теряет меньше воды. В этом и заключается защитный эффект CO₂ от засухи».
В случае высоких температур и повышения концентрации углекислого газа в окружающей среде это также предотвратит вредное воздействие температуры и поможет растению расти. «CO₂ обычно увеличивает содержание крахмала в листьях, потому что, когда он попадает в растение и создает положительное углеродное давление, растение не всегда может полностью его переработать, поскольку этот метаболизм очень сложен и включает множество метаболических путей. По мере того, как поток становится затрудненным, растение начинает запасать углерод в качестве резерва в виде крахмала в листьях», — говорит Баккеридж.
Вопрос заключался в том, что происходит с бобами, когда три фактора сочетаются в условиях, более приближенных к полевым? Баккеридж объясняет, что группа сосредоточилась на семенах, поскольку это основной продукт переработки сои: «Это исследование, ориентированное на сельское хозяйство. Я ожидал, что три стрессовых фактора взаимно компенсируют друг друга, что приведет к незначительным изменениям в росте растений. Я был удивлен, что они росли лучше при всех трех стрессовых факторах. Это означает, что температура и высокая концентрация CO₂ способствуют этому эффекту, поскольку одна только засуха привела бы к снижению урожайности растения».
По его словам, более низкое содержание крахмала в семени означает, что растение направило захваченный углерод на построение клеточной стенки, то есть целлюлозы и гемицеллюлозы, и произвело больше клетчатки. Баккеридж говорит: «Другими словами, высокое содержание углекислого газа вызывает отклонение от нормального метаболизма бобов. Засуха вызывает второе отклонение, а температура — третье. Когда мы объединяем эти три фактора, мы получаем отклонение номер четыре. Это означает, что процесс не является линейным, что является одним из важнейших выводов нашей последней опубликованной работы. Пути воздействия стрессовых факторов различны. Температура и засуха действуют через разные пути стресса с метаболической точки зрения. Мы это уже понимаем и опубликовали. Поэтому важно понимать их влияние в сочетании с высокой концентрацией CO₂».
Эксперимент и моделирование >>
