В следующие два десятилетия урожайность должна резко возрасти, чтобы прокормить растущее население планеты. Разве это не было бы невероятно полезно, если бы у нас был хрустальный шар, чтобы показать нам, какие лучшие стратегии доступны для увеличения урожайности?

Команда ученых только что разработала именно , что: а динамическая модель , которая предсказывает , которая фотосинтезирующие манипуляции с растениями будут способствовать росту урожайности пшеницы и сорго культур .

«Мы разработали надежный, биологически строгий инструмент прогнозирования, который может количественно оценить увеличение урожайности, связанное с манипулированием фотосинтезом в реалистичных условиях посева», — сказал доктор Алекс Ву из Центра передовых технологий трансляционного фотосинтеза ARC (CoETP) и Университета Квинсленда. (ио).

Растения преобразуют солнечный свет, углекислый газ и воду в пищу посредством фотосинтеза, и несколько исследований показали, что этот жизненно важный процесс может быть разработан, чтобы быть более эффективным.

«До сих пор было трудно оценить влияние этих манипуляций на урожайность. Этот инструмент прогнозирования поможет нам найти новые способы повышения урожайности продовольственных культур по всему миру».

Доктор Ву, ведущий автор статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Plants , сказал, что этот инструмент моделирования способен связывать биологические химические процессы в листьях со всей полевой культурой в течение вегетационного периода посредством интеграции фотосинтеза. и модели урожая.

«Это мощный инструмент для оценки и управления фотосинтетическими манипуляциями и распутывания эффектов, которые мешают взаимосвязи между фотосинтетической эффективностью и урожайностью», — сказал он.

Заместитель директора Центра профессор Сюзанна фон Кеммерер заявила, что одним из наиболее инновационных аспектов исследования является использование подхода кросс-масштабного моделирования для изучения взаимодействия между фотосинтезом и порами листа, которые обеспечивают обмен СО2 и водяного пара .

«Мы знаем, что это не так просто, как сказать, что улучшение фотосинтеза увеличит урожай. Ответ зависит от ситуации», — сказал профессор фон Кеммерер, исследователь из Австралийского национального университета (АНУ), который является соавтором исследования.

«Например, мы обнаружили, что в таких культурах, как сорго, большее количество фотосинтеза может фактически снизить урожайность в ситуациях, связанных с нехваткой воды. Моделирование предсказывает, что мы можем справиться с этим штрафом за урожай, если мы также сможем поддерживать стабильную скорость поступления углекислого газа или воды пар выходит, поры листа «.

Соавтор и главный исследователь Центра профессор Грэм Хаммер из UQ сказал, что это исследование способствует типу междисциплинарных исследований, необходимых для будущего улучшения урожая.

«Он связывает исследования по всему Центру, который в основном направлен на повышение урожайности основных основных культур, таких как пшеница, рис, сорго и кукуруза, путем улучшения фотосинтеза».

«Теперь, когда мы разработали и протестировали эту прогностическую модель, наш следующий шаг — это тесное сотрудничество с сотрудниками CoETP для разработки сценариев моделирования, которые проверяют эффекты других целей биоинженерии и селекции», — сказал профессор Хаммер.

Одним из таких сотрудников является профессор ANU Грэм Фаркухар, который является соавтором исследования.

«В этом исследовании мы расширяем весь сезон роста сельскохозяйственных культур и учитываем влияние обратной связи на фотосинтез ресурсов для культуры, таких как вода, что имеет решающее значение для прогнозирования последствий для продуктивности сельскохозяйственных культур в будущем в Австралии», — сказал руководитель Центра Исследователь профессор Фаркухар из Научной школы биологии АНУ.

Команда исследовала три основных мишени для манипуляций с фотосинтезом: повышение активности основного фотосинтетического фермента, рубиска; улучшение способности листьев переносить электроны; и улучшение потока двуокиси углерода (CO2) через внутренние слои листа.

«Это исследование позволяет нам количественно оценить влияние на урожайность этих трех целей и их комбинаций для культур пшеницы и сорго для орошаемых или засушливых земель», — сказал доктор Ву.

Команда обнаружила, что изменения урожайности варьировались от снижения на один процент до 12 процентов, в зависимости от комбинации целей фотосинтеза, культуры и условий окружающей среды, таких как наличие воды.