Ученые Вашингтонского университета объединили климатические прогнозы с моделями растений, чтобы определить, какое сочетание признаков кукурузы будет лучше всего адаптировано к будущему климату. В исследовании использовались прогнозы погоды и климата на территории США в 2050 и 2100 годах и модель, имитирующая рост кукурузы, чтобы найти сочетание признаков, которое обеспечит самый высокий урожай. Наш будущий климат будет теплее, воздух суше и в атмосфере будет более высокая концентрация углекислого газа. Как эти изменения повлияют на рост растений?
Что касается кукурузы, то в предыдущем исследовании, проведенном группой, было обнаружено, что более высокие температуры и сухой воздух оказывают примерно одинаковое влияние на размер зерна: и то, и другое приводит к снижению урожайности кукурузы, в то время как большее количество CO2, доступного для фотосинтеза, повышает урожайность.
Однако увеличения урожайности за счет CO2 было недостаточно, чтобы компенсировать снижение в результате двух других изменений, поэтому урожайность кукурузы в целом снизилась. Это отметил Эбигейл Суонн, профессора наук об атмосфере и биологии Калифорнийского университета и один из авторов исследования.
Поскольку температуры растут, мы можем адаптироваться, переместив существующие сорта кукурузы ближе к полюсам, где воздух прохладнее. Но этого недостаточно, чтобы компенсировать потерю урожая, которую ученые ожидают в более жарком климате, поскольку воздействие более высоких температур очень пагубно.
В будущем будет теплее, и кукурузу можно будет сеять раньше, а собирать урожай позже в течение сезона. Более длительный вегетационный период позволит культуре отрастить больше листьев и при этом иметь достаточно времени для налива зерна (дополнительный толчок дает более быстрый рост при высоких температурах).
Исследователи отмечают, что в настоящее время растений, которые лучше всего проявят себя в будущих климатических условиях, не существует, но их можно быстро вывести, используя такие методы, как CRISPR. Затем их можно выращивать в контролируемых климатических условиях, чтобы проверить, соответствуют ли результаты реальным растениям. Эта часть процесса проходит быстро, поэтому можно создавать и испытывать новые сорта до того, как они станут необходимы.
Исследование поможет ускорить процесс выведения устойчивых к изменению климата культур, представляя, какими признаками оны должны обладать. Хотя в исследовании авторы фокусируются на кукурузе, они рассматривают свою работу как демонстрацию подхода, который можно применить к любой культуре.
Сейчас они планируют поработать с селекционерами над созданием некоторых сортов кукурузы, предложенных в исследовании, и провести аналогичные исследования других основных мировых продовольственных культур. В настоящее время они ищут дополнительные источники финансирования для этих шагов. Научная статья опубликована в журнале Environmental Research Food Systems.