Растения со временем генетически адаптируются к особым условиям органического земледелия. Это было продемонстрировано в долгосрочном исследовании, проведенном в Боннском университете.

Исследователи посадили растения ячменя на двух соседних полях и использовали традиционные методы ведения сельского хозяйства на одном и органические методы на другом. В течение более 20 лет органический ячмень обогащался специфическим генетическим материалом, отличающимся от сравнительной культуры.

Помимо прочего, результаты демонстрируют, насколько важно выращивать сорта, особенно для органического земледелия. Результаты теперь опубликованы в журнале «Агрономия для устойчивого развития».

В конце 1990-х годов профессор доктор Йенс Леон начал эксперимент в Боннском университете, который, как он знал, продлится долгое время. Его исследовательская группа хотела изучить влияние условий ведения сельского хозяйства на генетический материал растений.

С этой целью они провели комплексное долгосрочное исследование в течение 23 лет в Институте растениеводства и сохранения ресурсов (INRES). «Мы впервые скрестили высокоурожайный ячмень с дикой формой, чтобы увеличить генетическую изменчивость », — говорит Леон. «Затем мы посадили эти популяции на двух соседних полях, чтобы ячмень рос в одной почве и в одинаковых климатических условиях».

Единственная разница заключалась в методе ведения сельского хозяйства. На одном из полей применялось традиционное земледелие, где исследователи использовали пестициды для борьбы с вредителями, химические средства для уничтожения сорняков и минеральные удобрения, чтобы обеспечить хорошее снабжение питательными веществами.

В другой области исследователи применили более экологически обоснованный подход: отсутствие пестицидов, борьба с сорняками механическими методами и удобрение почвы навозом из конюшен. Некоторые зерна оставляли каждую осень для засева полей следующей весной, используя органические зерна на органическом поле и ячмень, выращенный в обычных условиях на сравнительном поле.

«Однако мы не выбирали зерна по каким-то конкретным характеристикам, а просто случайным образом отбирали небольшую часть урожая», — подчеркивает коллега Леона доктор Михаэль Шнайдер.

Анализ развития генома во времени

Исследователи также ежегодно анализировали геномы растений, выращиваемых традиционным и органическим способом. Каждый отдельный ген может существовать в различных формах, называемых аллелями. Например, человеческий ген, отвечающий за цвет глаз, существует в аллелях «коричневый» и «синий».

Частота возникновения определенных аллелей в популяции может меняться на протяжении поколений. Условия окружающей среды являются одним из факторов, играющих роль в этом процессе: аллели, обеспечивающие процветание растений в их нынешней среде обитания, обычно обнаруживаются все чаще и чаще.

Исследователи выявили две интересные тенденции в своих генетических тестах: за первые 12 лет частота аллелей ячменя менялась одинаково на обоих полях.

«Наша интерпретация этого открытия заключается в том, что очень разнообразные популяции, возникшие в результате скрещивания с диким ячменем, адаптировались к местным условиям», — говорит доктор Агим Баллвора, который также участвовал в исследовании. «Ведь такие факторы, как климат, почва и особенно продолжительность дня, были идентичны для обеих популяций».

Однако в последующие годы частоты аллелей обеих культур все больше расходились. В частности, у ячменя, выращенного с использованием методов органического земледелия, появились варианты генов, менее чувствительные к дефициту питательных веществ или нехватке воды, то есть аллели, влияющие на структуру корней.

«Одной из причин этого, по-видимому, являются сильные различия в доступности питательных веществ в органическом земледелии», — говорит Леон.

Генетическая гетерогенность облегчает процесс адаптации

Традиционно выращиваемый ячмень также со временем стал более генетически однородным, а это означает, что генетический материал отдельных растений, выращенных на поле, становился все более похожим из года в год. Однако органический ячмень оставался более гетерогенным.

Частоты аллелей органической культуры также со временем менялись более широко. В результате некоторые годы были крайне благоприятными или неблагоприятными для некоторых аллелей. Это может быть связано с тем, что условия окружающей среды в органическом сельском хозяйстве колеблются гораздо сильнее, чем при традиционных методах создания условий: если, например, определенные болезни растений закрепятся в течение одного года, растения будут больше всего полагаться на те аллели, которые их защитят.

Изменчивость сил окружающей среды, действующих на растения, по-видимому, приводит к большей генетической гетерогенности. «В результате растения лучше адаптируются к такого рода изменениям», — говорит Леон.

В целом, результаты демонстрируют важность выращивания сортов, оптимизированных для органического земледелия . Поскольку их генетический состав адаптируется к этим условиям, они станут более выносливыми и принесут более высокие урожаи.

«Кроме того, кажется, при выращивании растений имеет смысл скрещивать их со старыми или даже дикими сортами», — объясняет Леон. «Наши данные также показывают, что это может принести пользу даже обычным высокоурожайным сортам».