Как вырастить урожай без воды
Жизнь за городом сегодня многие предпочитают существованию в пыльных муравейниках. Приобретая участок земли под строительство дома, будущие новоселы отмахиваются от качества почвы, от экологических особенностей местности, предпочитая отложить все эти вопросы «на потом».
Признаться, и верно: не планируем же мы разводить огород, покупая, к примеру, земельные участки по Новорязанскому направлению.
В этом чаще всего заключается одна из ключевых ошибок. Важно позаботиться не только о стоимости и количестве соток, но и оменее заметных на первый взгляд аспектах проживания.
Тем временем американские ученые решили кардинально решить одну из экологических проблем, и все это ради урожая!
С тех пор, как человечество начало выращивать себе еду, мы сталкиваемся с одним непредсказуемым явлением: дождем. Он появляется и пропадает без предупреждения, поэтому поле, зеленевшее в прошлом году, в следующем может засохнуть. Так что урожай, а соответственно и продовольственная безопасность людей, зависят от дождей. И особенно остро эта проблема стоит для Африки, где 96% ферм орошаются дождем, а не специальными коммуникациями для полива. И это имеет свои последствия, поскольку в Южной Африке продолжается (худшая за последние три десятка лет) засуха, которая в конечном итоге уничтожает почти четверть урожая за год.
Биолог Джилл Фаррант из Университета Кейптауна считает, что у природы множество ответов для тех, кто хочет получать урожай вне зависимости от осадков.
Она изучает редкую способность некоторых растений приспосабливаться к экстремальным условиям и подолгу обходиться без воды.
Конечная цель исследований – понять и повторить эти адаптационные механизмы, чтобы использовать их в выращивании сельскохозяйственных культур. Поскольку климат на Земле продолжает меняться, и дожди (как и другие осадки) становятся менее предсказуемыми, такие знания становятся всё более необходимыми. «Такое сельское хозяйство нужно для выживания людей, поскольку становится всё суше», говорит Фаррант.
Среда определяет способность к выживанию
Экстремальные условия развивают экстремальную выносливость у растений. Даже в красных пустынях Южной Африки с бесплодными холмами, которые еще называют костями Земли, есть некоторые растения, которые приспособились к суровым и постоянно меняющимся условиям. Джилл Фаррант называет их возрождающимися или воскресающими растениями. В засушливые месяцы, под палящим солнцем они сморщиваются и усыхают; листва блекнет и становится серой, безжизненной. Но дождь возвращает их к жизни за считанные часы.
Существенная разница между этими растениями и обычными, устойчивыми к засухе, заключается в метаболизме. Много разных растений развили у себя способность выживать при недостатке влаги. Некоторые создают запасы воды; у других корни проникают глубоко внутрь почвы, чтобы иметь доступ к подземным источникам. Но как только эти растения израсходуют доступные запасы влаги, то прекращают расти и постепенно погибают. Они способны какое-то время обходиться без полива, поэтому многие люди называют их засухоустойчивыми. Но на деле потребность в воде никогда не пропадает, поэтому Фаррант предпочитает называть их всего лишь способными сопротивляться засухе.
Возрождающиеся (воскресающие) растения, которые способны восстановиться при наличии меньше чем 0,1 грамма воды на грамм сухой массы, принципиально другие. В их строении нет резервуаров для хранения влаги, а расположение на скалах лишает доступа к подземным источникам. Поэтому вместо этого они развили способность изменять свой обмен веществ. Как только наступает засушливый период, они начинают производить сахар и определенные стресс -ассоциированные белки и другие материалы в своих тканях. По мере высыхания растения, эти вещества загустевают: вначале подобно меду, потом резине. В конечном итоге достигается стеклоподобное состояние, которое по мнению Фаррант, является максимально прочным для растения. Это замедляет метаболизм и защищает высушенные ткани. Растения также меняют форму, морщась и сводя к минимуму свою площадь, чтобы не терять влагу через поры. Они могут восстанавливаться спустя месяцы, а то и годы без воды (в зависимости от вида).
Что еще может делать этот трюк с засыханием и восстановлением? Семена – почти все.
В начале своей карьеры, Фаррант изучала семена авокадо, кофе и личи. Они очень деликатны, поскольку не могут прорасти после засыхания.
Эта особенность очень редка, поскольку в своем большинстве семена цветущих растений гораздо крепче и способны переждать неблагоприятный сезон, пока не создадутся благоприятные условия. Однако, как только рост начался, такие растения утрачивают способность «поставить на паузу» обмен веществ в стеблях или листьях. После защиты своей научной степени Фаррант начала изучать, как можно выделить свойства, которыми обладают семена, и перенести их в другие ткани растения. Вместе с коллегами она выяснила, что способность растений восстанавливаться зависит от многих генов. Причем они схожи с теми, что регулируют устойчивость семян к высыханию, пока те соединены с родительским растением. Сейчас они пытаются понять, какие молекулярные процессы активируют эти гены в возрождающихся растениях, и как их можно применить в выращивании урожаев. „Большинство генов управляется основным набором генов“, говорит Фаррант. „Мы наблюдаем за стимулируемыми генами и тем, как их переключают основные гены“.
Теперь осталось добавить эти гены полезным культурам. Для этого было использовано 3 метода:
- традиционный,
- генную модификацию,
- редактирование генов.
По мнению Джилл, большинство людей не хотят употреблять генно-модифицированные культуры, но она пытается всеми силами продвинуть эту работу. Фермеры и потребители сами выбирают использовать ли им такую возможность, но она у них есть. В прошлом году совместно с бизнесменами проводилось обсуждение: какие из воскресающих растений лучше использовать в качестве лабораторной модели. Так же, как в медицинских исследованиях исследуют крыс для тестирования новых методов лечения людей, так и ботаники в лабораториях и теплицах тестируют свои идеи на родственных видах растений. Boea hygrometrica, также известная как Квинслендская горная фиалка — наиболее изученный вид воскресающих растений. Строение ее генома опубликовала недавно команда китайских ученых.
Джилл Фаррант со своими коллегами представила детальное молекулярное исследование другого кандидата: Xerophyta viscosa, южноафриканского растения с жесткой структурой и цветами, похожими на лилию.
Геном этого растения тоже на подходе. Одна или обе этих модели помогут исследователям в тестировании на опытных участках идей, которые до сих пор воплощались только в лабораториях.
Есть много веских причин, по которым до сих пор к культурным растениям не применяется защита от высыхания.
- Например, высокая энергозатратность переключения с обычного метаболизма на практически безводный обмен веществ.
- Также необходимо понимать, какой уровень доходности могут ожидать фермеры и установить безопасность растений.
— Доходность не будет высокой, считает Фаррант.
Поэтому такие растения не помогут увеличить выручку фермерам, которые стремятся получать высокие прибыли. Это скорее способ помочь тем, кто находится на грани выживания, и первоочередной целью являются культуры, растущие в Африке.
20.12.2016, 1562 просмотра.