Высокий уровень CO₂ стимулирует дыхание растений, что может повлиять на климат и урожаи

Листья соевых бобов, выращенных при повышенной концентрации углекислого газа (CO₂), прогнозируемой на 2050 год, дышат интенсивнее, чем выращенные в текущих атмосферных условиях. Этот вывод, сделанный исследователями из Университета Иллинойса и Министерства сельского хозяйства США, поможет уточнить климатические модели и может указывать на повышение урожайности культур по мере роста уровня CO₂. Исследование опубликовано на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Растения поглощают CO₂ из атмосферы в процессе фотосинтеза, но также выделяют его при дыхании, используя сахара для производства энергии. Влияние повышенного CO₂ на дыхание растений определит будущие запасы продовольствия и способность растений улавливать и хранить углерод в своих тканях. Хотя известно, что высокий уровень CO₂ стимулирует фотосинтез у C3-растений (к которым относится соя), консенсуса по его влиянию на дыхание не существовало.

Для снижения неопределенности команда использовала геномный инструмент — микроматрицы — чтобы определить, какие гены активнее или слабее работали у растений, выращенных при высоком CO₂ (550 ppm), по сравнению с контрольной группой (380 ppm). Уникальность работы в том, что эксперимент проводился не в теплице, а на открытом воздухе на объекте Soy FACE, где растения подвергались естественным условиям. Результаты показали, что как минимум 90 генов, кодирующих ферменты для дыхания, были активнее. Скорость дыхания увеличилась на 37%, что позволяет растениям эффективнее использовать избыток сахаров от усиленного фотосинтеза.

«Этот ответ, регулируемый изменением в работе более 600 генов, поможет нам понять механизмы адаптации и, возможно, создать культуры с лучшей продуктивностью в будущем», — отметил руководитель исследования профессор Эндрю Лики. Усиленное дыхание, вероятно, поддерживает более активный транспорт сахаров к растущим частям растения, включая семена.