Новые результаты опубликованы в журнале Scientific Reports, журнале издательской группы Nature.
«Большинство высокопродуктивных трав, таких как сахарный тростник, мискантус и просо, используют этот тип фотосинтеза, называемый C4, который, как мы знаем, очень эффективен», — сказал руководитель исследования, профессор наук о сельскохозяйственных культурах и биологии растений в Университете Иллинойса. «Мы подтвердили, что гигантский тростник использует C3, менее эффективный тип фотосинтеза, но при этом действительно продуктивен.
Нам просто нужно было узнать, как."
Новые данные могут помочь ученым улучшить фотосинтез C3 у других растений.
Лишь несколько подробных исследований оценили продуктивность Arundo donax, «но некоторые исследования показывают, что он может производить до 60 тонн сухого вещества с гектара», — сказал Лонг. "Это примерно максимум, который вы когда-либо видели у Miscanthus x giganteus, также известного как гигантская слоновья трава, трава C4, которая, как следует из названия, считается очень продуктивной."
По этой причине Arundo donax привлекла внимание как потенциальная биоэнергетическая культура, несмотря на вопросы о его агрессивных тенденциях.
В новом исследовании исследователи сосредоточились на естественно растущем насаждении Arundo donax на смешанном участке площадью пять акров на юге Португалии. Они измерили, как быстро трава поглощает углекислый газ и теряет воду через поры в листьях, количество хлорофилла в листьях, сколько света получают или отражают верхние и нижние листья, и насколько эффективно они фотосинтезируют при высоких и низких температурах. условия освещения.
Эти измерения позволили понять некоторые факторы, которые делают растение таким продуктивным.
«Прежде всего мы обнаружили, что это классическое растение C3. Он обладает всеми свойствами фотосинтеза C3 и ни одним из свойств C4 ", — сказал Лонг.
«Он дает много листьев, и в то время как верхние листья получают много солнечного света, нижние листья затемняются», — сказал он. «Мы обнаружили, что теневой фотосинтез растения очень эффективен, поэтому нижние листья производят много хлорофилла, чтобы улавливать то, что к ним попадает, и растение использует это с максимальной эффективностью."
У растений C3 фермент, катализирующий поглощение углекислого газа, известен как рубиско.
«Мы обнаружили, что у Arundo donax активность Rubisco в неповрежденном листе была исключительно высокой, как и его способность генерировать восстановитель, который биохимически восстанавливает ассимилированный диоксид углерода до углеводов», — сказал Лонг.
Исследователи также обнаружили, что, вопреки их ожиданиям, Arundo donax использует не больше воды на единицу абсорбированного в его ткани углерода, чем другие растения C3, сказал Лонг. Некоторые предположили, что он усиливает фотосинтез, очень широко открывая поры в его листьях, поглощая много углекислого газа, но также тратя воду. По словам Лонга, другие растения C3, например, некоторые сорта хлопчатника, нуждающиеся в орошении, делают это.
Они продуктивны, но имеют низкую эффективность водопользования, потому что теряют много воды через листья.
"Гигантский тростник — растение с глубокими корнями, поэтому он может получать много воды. Но он не использует эту воду менее эффективно, чем другие растения C3 », — сказал Лонг.
«На самом деле мы исследовали научный вопрос: как это растение достигает такой высокой урожайности??" он сказал.
Некоторые предположили, что растение использует фотосинтез C4 или что оно достигает своей высокой продуктивности, поглощая воду, сказал он. Но новое исследование устанавливает, что ни одна из гипотез не верна.
«Мы явно рады, что наконец-то разрешили эту загадку», — сказал он.
Стивен Лонг — исследователь в Carl R. Институт геномной биологии им. Вёзе при Университете США. я.
