Поскольку изменение климата ухудшает условия глобальной засухи, препятствуя производству сельскохозяйственных культур, исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали новый высокотехнологичный инструмент для селекции кукурузы на устойчивость к засухе и мощной корневой системе, которая помогает растениям не только переносит стресс, но и сохранять углерод глубже в почве.
🔹
Об этом пишет Джефф Малхоллем в релизе Университета штата Пенсильвания.
Исследователи в статье, опубликованной в Crop Science, описывают метод, в котором глубину корней растений можно точно оценить путем сканирования листьев с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, процесса, который обнаруживает химические элементы в листве. Суть метода в том, что корни поглощают элементы, с которыми они сталкиваются, в зависимости от глубины, которую они достигают, и существует корреляция между химическими элементами в листьях и глубиной корней.
По словам руководителя исследовательской группы Джонатана Линча, заслуженного профессора растениеводства в Колледже сельскохозяйственных наук, новая технология является предметом предварительной заявки на патент штата Пенсильвания, поскольку она обещает ускорить процесс селекции растений. По его словам, способность измерять глубину корней растений, не выкапывая их, является технологией, меняющей правила игры.
«Мы давно знали о преимуществах более глубокой корневой системы — они более устойчивы к засухе и обладают повышенной способностью поглощать азот, который имеет тенденцию проникать глубоко с водой, — но проблема заключалась в том, как измерить глубину корней в поле. Чтобы отобрать культуры с более глубокой корневой системой, вам нужно просмотреть тысячи растений. Выкапывать их дорого и отнимает много времени, потому что некоторые из этих корней находятся на глубине двух метров и более. Следует отметить еще один важный нюанс. Культур с глубокой корневой системой более эффективно сохраняют углерод в почве. И почва — подходящее место для хранения углерода потому что углерод в атмосфере — это плохо: он вызывает глобальное потепление. Углерод в почве — это хорошо: он повышает плодородие», пояснил Джонатан Линч.
Разработка нового метода, который исследователи назвали LEADER (накопление элементов листьев из глубоких корней), заняла шесть лет и включала сбор и анализ более 2000 образцов керна почвы на четырех исследовательских площадках по всей стране, а также анализ 30 генетически различных линий кукурузы, отметила Молли Хэнлон, бывший постдокторант ученый из исследовательской группы Линча.
Исследователи обнаружили, что они могут правильно классифицировать участки с самыми длинными глубокими корнями — глубже 30 или 40 сантиметров — используя метод LEADER с высокой точностью.
«Основной принцип почвоведения заключается в том, что биологические, физические и химические свойства изменяются в зависимости от глубины почвы. И корни растений прорастают сквозь эти разные слои почвы. Элементы затем транспортируются к побегам, где мы можем быстро и легко определить содержание элементов в ткани листьев с помощью рентгеновской флуоресценции. Таким образом, листья могут служить индикаторами или датчиками того, где корни находятся в почве», — рассказала Хэнлон, ныне старший научный сотрудник Центра науки о растениях Дональда Дэнфорта в Сент-Луисе.
В ходе исследования ученые смогли точно оценить глубину корней, проанализировав лиственное накопление элементов, естественным образом встречающихся в различных почвах. В качестве альтернативного метода оценки глубины корней, как в полевых, так и в тепличных экспериментах, они вводили стронций в почву на заданной глубине в качестве индикатора для анализа LEADER. Позже они собрали растения, растущие поблизости, и установили, что стронций, обнаруженный в листьях, сильно коррелирует с глубиной их корней.
Фото: Pennsylvania State University.
Хотя метод LEADER был реализован на кукурузе, он предлагает более широкое применение, предположил Линч. «Имело смысл провести исследование с кукурузой — это одна из важнейших культур в мире, которая широко выращивается в качестве основного продукта питания для людей, корма для скота, биотоплива и исходного материала в промышленности. Кукурузные культуры с более глубокой корневой системой, способные поглощать больше воды и азота в ограниченных условиях, с увеличением долгосрочного хранения углерода в почве, были бы важным достижением. Но этот метод LEADER можно использовать со всеми растениями», заключил он.
Источник, фото и изображение: Pennsylvania State University.
