Учёные: Листья снижают урожайность растений

Учёные из США проверили, насколько эффективно культурные растения используют свои листья в неестественных условиях возделываемых полей. Оказалось, что нижние листья у них функционируют хуже верхних. Расход ресурсов на их поддержание, видимо, ограничивает урожайность. Работа предполагает, что ограничение числа нижних листьев с помощью генных модификацией поднимет урожайность по крайней мере для кукурузы. Соответствующая статья опубликована в Journal of Experimental Botany.

Авторы работы провели эксперименты на кукурузе (Zea mays) и гигантском мискантусе (Miscanthus giganteus). Они проверяли, есть ли отличия в эффективности фотосинтеза в листьях, расположенных на различной высоте стебля одного и того же растения, и в чём они заключаются. Эффективность фотосинтеза измеряли по количеству молекул углекислого газа, которое поглощает участок листа заданной площади в единицу времени. Учёные выращивали кукурузу и мискантус на опытных участках и сажали эти растения так же близко друг к другу, как это происходит на настоящих полях. Поэтому часть нижних листьев каждого опытного экземпляра оказывалась в тени соседних растений.

Выяснилось, что эффективность фотосинтеза в затенённых нижних листьях на 15–27 процентов ниже, чем в верхних. Как правило, нижние листья по возрасту старше верхних. Чтобы выяснить, не связана ли пониженная эффективность фотосинтеза с возрастом листьев, исследователи сдерживали выход нижних листьев из почек, чтобы уравнять их возраст с верхними. Однако при таких условиях эффективность фотосинтеза нижних листьев всё равно была меньше, чем у верхних.

Учёные предполагают, что дикие предки кукурузы и мискантуса росли в естественных условиях не в густых посадках. Нижние листья там было некому затенять, поэтому они имели смысл. Кроме того, нехватка азота и воды в почве ограничивала количество листьев на каждом экземпляре растения. На полях с искусственно вносимыми азотными удобрениями, мелиорацией и густыми посадками смысла в нижних листьях мало. По расчётам авторов, на их выращивание тратится столько биомассы, что это снижает урожайность кукурузы на 10 процентов. С их точки зрения, рациональнее избавиться от нижних листьев путём модификации генома растений, чтобы поднять урожайность примерно на ту же величину.

Следует отметить, что ряд предположений авторов нуждается в уточнении. Например, гигантский мискантус в США часто растёт крайне плотно даже там, где его высаживали однократно (на фото), то есть растениям комфортно находиться близко друг к другу. В то же время в целом гипотеза ботаников вполне убедительна: дикая кукуруза в природе действительно не располагается столь плотно, как её окультуренные родственники.