המדענים משנים את הפוטוסינתזה כדי להגביר את תפוקת היבול

Why Do Autumn Leaves Change Color? - Instant Egghead #51 (יולי 2019).

Anonim

חוקרים מדווחים בכתב העת Science כי הם יכולים להגדיל את הפרודוקטיביות של הצמח על ידי הגדלת רמות של שלושה חלבונים המעורבים בפוטוסינתזה. בניסויים בתחום, המדענים ראו עלייה של 14% עד 20% בפריון של צמחי הטבק שלהם. העבודה מאשרת כי פוטוסינתזה יכולה להיות יעילה יותר כדי להגדיל את התשואה הצמח, השערה כמה בקהילה המדעית פעם ספק היה אפשרי.

שנים רבות של ניתוח חישובית וניסויי מעבדה וניסויים הובילו לבחירת החלבונים הממוקדים במחקר. החוקרים השתמשו בטבק משום שהוא שונה בקלות. עכשיו הם מתמקדים גידולי מזון.

"אנחנו לא יודעים בוודאות שגישה זו תפעל בגידולים אחרים, אבל מכיוון שאנחנו מכוונים לתהליך אוניברסלי שהוא אותו דבר בכל הגידולים, אנחנו די בטוחים שזה יהיה", אמר ביולוג ביולוגי של אוניברסיטת אילינוי פרופסור סטיבן לונג, שהוביל את המחקר עם חוקרים פוסט-דוקטורטיים Katarzyna Glowacka ו- Johannes Kromdijk.

הצוות התמקד בתהליך צמחים המשמשים כדי להגן על עצמם מפני אנרגיה סולארית מופרזת.

"עלי חיתוך שנחשפו לאור השמש המלא סופגים יותר אור ממה שהם יכולים להשתמש בהם, " אמר לונג. "אם הם לא יכולים להיפטר מן האנרגיה הנוספת הזו, זה יהיה ממש אקונומיקה העלה".

הצמחים להגן על עצמם על ידי ביצוע שינויים בתוך העלה כי להפיג את האנרגיה עודף כחום, הוא אמר. תהליך זה נקרא מרווה nonphotochemical.

"אבל כאשר ענן חוצה את השמש, או עלה נכנס בצל של אחר, זה יכול לקחת עד חצי שעה זה תהליך NPQ להירגע", אמר לונג. "בצל, חוסר האור מגביל פוטוסינתזה, ו NPQ גם מבזבז אור כמו חום."

סטודנט לתואר שני ותלמיד לשעבר Xinguang Zhu השתמש מחשב העל במרכז הלאומי עבור יישומי מחשוב ב U. I. כדי לחזות עד כמה התאוששות איטית מ NPQ מפחית את התפוקה היבול במהלך היום. חישובים אלה חשפו "הפסדים גבוהים להפתיע" של 7.5 אחוזים ל -30 אחוזים, בהתאם לסוג הצמח והטמפרטורה השוררת, אמר לונג.

השיחות של לונג עם אוניברסיטת קליפורניה, חוקר ברקלי וחוקר המחקר, קרישנה ניוגי - מומחה לתהליכים המולקולריים העומדים בבסיס NPQ - הציעו כי הגדלת רמות של שלושה חלבונים עשויה להאיץ את תהליך ההתאוששות.

כדי לבדוק את המושג הזה, הצוות הכניס "קלטת" של שלושת הגנים (שנלקחו ממפעל הדגם ארבידופסיס) לטבק.

"המטרה היתה פשוט להעלות את רמת שלושת החלבונים שכבר נמצאים בטבק", אמר לונג.

החוקרים גידלו שתילים מניסויים מרובים, ולאחר מכן בדקו באיזו מהירות הצמחים המהונדסים הגיבו לשינויים באור הזמין.

טכניקה הדמיה פלואורסצנטי מותר הצוות לקבוע אילו צמחים הופקו התאושש מהר יותר עם העברת בצל. החוקרים בחרו את שלושת השחקנים הטובים ביותר ובחנו אותם בכמה מגרשים בשטח לצד חלקות הטבק ללא שינוי.

שניים מקווי הצמח המתוקנים הראו בעקביות פרודוקטיביות גבוהה ב -20%, והשלישי היה גבוה ב -14% ממפעלי הטבק ללא שינוי.

"טבק הוא גדל על העלים שלה, אשר גדלו באופן משמעותי, " אמר Kromdijk. "אבל בגידולי מזון, זה יהיה מה שאנחנו אוכלים מן הצמח - פרי, זרעים או שורשים - כי אנחנו צריכים להגדיל."

ניסויים אחרים הוכיחו כי הגדלת הפוטוסינתזה על ידי חשיפת צמחים לפחמן דו חמצני גבוה גורמת לזרעים רבים יותר של חיטה, סויה ואורז.

"עכשיו אנחנו יכולים לעשות את זה בצורה גנטית, ואנחנו פועלים באופן פעיל על חזרה על העבודה שלנו גידולי מזון שונים", אמר.

"ממצא זה מציע כמה חדשות טובות נדירות בזמן של תחזיות קודרות של מחסור במזון בעתיד, " אמר Glowacka.

"האומות המאוחדות מנבאות שעד שנת 2050 נצטרך לייצר כ -70% יותר מזון על האדמה בה אנו משתמשים כיום", אמר לונג. "הגישה שלי היא שחשוב מאוד שהטכנולוגיות החדשות יהיו על המדף עכשיו, כי זה ייקח 20 שנה לפני שהמצאות כאלה יגיעו לשדות של חקלאים, אם לא נעשה את זה עכשיו, לא יהיה לנו פתרון זה כשאנחנו צריך את זה."

קרן ביל ומלינדה גייטס מימנו את המחקר הזה, תוך הקפדה שכל תוצרת חקלאית חדשה שתנבע מהעבודה תהיה מורשית באופן כזה שהטכנולוגיה זמינה באופן חופשי לחקלאים במדינות עניות באפריקה ובדרום אסיה.

menu
menu