В то же время климат, как предполагается, изменится за следующие 30 лет с более теплыми температурами и больше углекислого газа (CO2) в атмосфере. Хлебные злаки могут приспособиться, чтобы измениться посредством эволюции, но по намного более медленному уровню, чем изменения мы вызываем в атмосфере.
Кроме того, земля, доступная для роста хлебных злаков, вряд ли расширится, чтобы приспособить предсказанный подъем спроса. На самом деле земля, подходящая для продовольственного производства урожая, теряется в глобальном масштабе.
«Мы должны начать увеличивать производство теперь, быстрее, чем мы когда-нибудь имеем. Любые инновации, которые мы делаем сегодня, не будут готовы войти в области фермеров в течение по крайней мере 20 лет, потому что нам будет требоваться время для тестирования, разработки нового продукта и одобрения правительственными учреждениями.
На той основе 2050 не до сих пор выключен. Вот почему мы говорим, что мы – один цикл воспроизводства урожая далеко от голодания», говорит ученый урожая Университета Иллинойса Стивен П. Лонг.
Исследователи в U я, наряду с их многочисленной, командой мультиучреждения, говорю, что решение находится в генетически технических фотосинтетических механизмах, чтобы использовать в своих интересах запланированное повышение глобальных температур и CO2, и достигнуть намного более высокой доходности той же самой суммы земли.«Темп фотосинтеза в зерновых культурах как соя и рис определен двумя факторами», объясняет Лонг. «Каждый – фермент, который заманивает CO2 в ловушку: мы называем это rubisco. Под более низкими атмосферными уровнями CO2 и при высоких температурах, rubisco может сделать ошибку и использовать кислород вместо CO2.
Когда это использует кислород, это на самом деле заканчивает тем, что выпустило CO2 назад в атмосферу».Под более высокими уровнями CO2, такими как спроектированные для будущих климатов, rubisco становится намного более эффективным, и темпы фотосинтеза естественно увеличиваются, поскольку это делает меньше ошибок. Углерод, зафиксированный rubisco, в конечном счете превращен в углеводы, которые завод может использовать в качестве источника энергии для производства зерна, фруктов и растительных структур.Однако возрастающие температуры, как предполагается, будут сопровождать увеличенный CO2.
К сожалению, увеличенная эффективность rubisco под высоким CO2 начинает ломаться в горячих климатах. Вот почему партнеры проекта надеются улучшать rubisco так, чтобы он работал эффективно и в высокой температуре и в высоких условиях CO2.
«Наши партнеры смотрят на широкий спектр rubiscos от различных организмов, чтобы видеть, могут ли они найти тот, который сделает меньше этих ошибок в горячих климатах», говорит Лонг.Но команда не останавливается при улучшении rubisco.Лонг добавляет, «Вторым фактором, который может ограничить фотосинтез, является уровень, по которому все остальное в листе восстанавливает молекулу получателя CO2, известную как RuBP. Когда мы идем в более высокие уровни CO2, вместо того, чтобы быть ограниченными rubisco, мы ограничены этим шагом регенерации.
Мы смотрим на способы управлять скоростью той регенерации».Исследователи разработали математические модели, которые показали, как, изменяя путь азот разделен между частями фотосинтетического аппарата, больше углевода могло быть сделано при условиях более высокой температуры и CO2 без урожая, требующего большего количества удобрения азота.Модели были тогда взяты для испытания в области.
Используя методы генной инженерии, команда пыталась ускорить регенерацию RuBP в табаке, подвергая их окружающей среде высокого CO2. Доказательство понятия работало: темпы фотосинтеза и урожай увеличились.
Следующий шаг группы будет включать тесты на основных продовольственных зерновых культурах в окружающей среде, которой управляют, и в полевых испытаниях. Долгие усилия, что это потенциальное решение много лет не будет готово к коммерческому развертыванию, но они не сдадутся.
«Перед лицом экстраординарных проблем вперед, у нас просто нет роскоши, чтобы исключить использование любой технологии, которая может открыть перспективу, чтобы улучшить работу урожая», отмечает он.