Ученые ищут способы повышения устойчивости рапса к экстремальной жаре
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) прогнозирует повышение средней глобальной температуры на 3,7°C (плюс-минус 1,1°C) к концу этого столетия.
Команда из Университета Мельбурна приступила к изучению потенциала сельскохозяйственных культур и их возможностей справляться с экстремальной жарой. Данное исследование позволит в создании новых сортов растений, с выраженной устойчивостью к засухе и тепловому стрессу.
«Мы знаем, что повышение температуры на определенных стадиях роста растений отрицательно влияет на их развитие, может привести к снижению продуктивности и урожайности сельскохозяйственных культур. Для того чтобы понять и впоследствии помочь растениям адаптироваться к изменению климата, а также высоким температурам окружающей среды, необходимо фактически вернуться к их «предкам» и понять, какие гены участвуют в положительных и отрицательных реакциях на экстремальную жару». Прем Бхалла - автор исследования
Исследовательская группа, в которую также входят кандидат наук Нита Лохани и профессор Мохан Сингх, изучала влияние экстремальной жары на рапс, третью по величине культуру в Австралии.
«Растущий спрос на рапсовое масло для употребления в пищу, а также производства биотоплива активизировал расширение посевных площадей под эту культуру. Ее выращиванием стали заниматься даже в сухих регионах, с дефицитом осадков и высокими среднегодовыми температурами воздуха, что еще больше объясняет потребность сельхозпроизводителей в сортах, устойчивых к экстремально высоким температурам». Прем Бхалла - автор исследования
По словам ученого, исследования, которые проводились ранее, показали, что для выращивания рапса критической является температура, колеблющаяся от 27 до 30°C.
«Температура воздуха выше 32°C негативно сказывается на вегетации и росте рапса». Прем Бхалла - автор исследования
Также было установлено, что высокие температуры негативно сказываются на процессе опыления цветков рапса, уменьшая количество формируемых семян. Экстремальная жара во время цветения может серьезно снизить урожайность растений, ухудшая образование пыльцы, уменьшая процессы образования семян.
Снижение урожайности семян является важной проблемой для этой масличной культуры, особенно в случае ее выращивания именно для производства масла.
Для повышения устойчивости рапса к тепловому стрессу ученые использовали ростовые камеры для имитации тепловой волны, подвергая растения рапса воздействию тепла, импульсно, с разной временной интервальностью.
Длительность теплового облучения варьировалась от 30 минут до четырех часов. Опыт проводился при температуре 40°C.
В основе изучения была разновидность рапса Brassica napus L., являющаяся третьей по значимости культурой, производство которой налажено в мире.
«Растения, подвергшиеся четырехчасовому воздействию экстремальной жары, были использованы для понимания влияния тепла на физиологию, а 30-минутное воздействие тепла было включено в генетические исследования». Прем Бхалла - автор исследования
Полученные результаты показали, что при 4-часовом высокотемпературном воздействии происходило резкое снижение образования пыльцы «выживания» (известном как жизнеспособность). Показатели падали с 90% (норма) до 25%. Также с 62% до 10% снижалось прорастание пыльцевых зерен (способность пыльцевой трубки переносить сперму), иными словами, это показатели всхожести.
Для сравнения, растения рапса, которые не подвергались воздействию экстремальной жары, имели примерно 90-процентную жизнеспособность пыльцы и 62-процентную всхожесть.
Когда подвергшиеся тепловому стрессу пестики (женские половые органы) опылялись пыльцой, подвергшейся тепловому стрессу, наблюдалось резкое снижение всхожести семян.
Это неудачное оплодотворение, формирование семян и набор их массы указывали на то, что вызванные теплом изменения в женских половых органах, негативно отражались на показателях производительности пыльцы (мужской репродуктивный аналог) и, в конечном счете, на общий урожай семян.
«Наши результаты продемонстрировали, что короткие эпизоды высокотемпературного воздействия на рапс влияют на некоторые ключевые пути, регулирующие генетическую активность, а также нарушают репродуктивные процессы, что в конечном итоге приводит к потере урожая». Прем Бхалла - автор исследования
Планируется провести дальнейшие исследования генов и сетей, выявленных в этом исследовании, что проложит путь к генетическому улучшению теплостойкости и репродуктивных характеристик важных сортов рапса.