Исследователи из Институт генетики растений и изучения культурных растений имени Лейбница изучили, как поведение отдельного растения пшеницы в условиях недостаточной освещенности влияет на производительность всего сообщества.

Ученные оценили фенотипы морфологии и биомассы отдельных растений, выращенных в смесях при солнечном освещении и имитации затенения полога, а также соответствие этих фенотипов монокультурному сообществу в полевых условиях.

Одним из наиболее значимых факторов эволюции сельскохозяйственных культур являются изменения в отборе, связанные с переходом растений из высокогетерогенной и биологически разнообразной природной среды в однородную среду монокультуры. Конкуренция за ресурсы рассматривается как доминирующая сила в структурировании популяций растений в условиях естественного отбора, часто благоприятствующего наиболее конкурентоспособным отдельным растениям в конкретной среде. Архитектура и поведение успешных генотипов как отдельных растений отличаются от генотипов, процветающих в сообществе. Индивидуальная приспособленность растений повышается за счет «эгоистичных» признаков, которые, как и у человека, могут негативно влиять на эффективность сообщества.

«Сельское хозяйство зависит от эффективности сообщества, – подчеркивает профессор Торстен Шнурбуш, руководитель исследовательской группы «Архитектура растений» в Институте Лейбница. – Однако среда, в которой выращиваются сельскохозяйственные культуры, т.е. их экология в сельскохозяйственном контексте, агроэкология, практически не изучена и не понята. Удивительно, как мало мы знаем о взаимодействиях между растениями, выращенными в плотном реальном сообществе».

Сегодня культурные растения выращиваются в древостоях высокой плотности, где они испытывают ограниченную доступность света из-за взаимного затенения. «Поэтому, моделируя затенение полога, мы можем приблизиться к условиям, в которых находятся растения в полевых насаждениях высокой плотности, что может быть полезно для изучения и отбора растений для получения более высокого урожая зерна, — говорит доктор Гай Голан, первый автор данного исследования. — Кооперативное поведение и высокоплодовитые соцветия в условиях недостатка света и затенения являются наиболее важными для процветания сообщества зерновых культур».

Исследователи сочли, что поведение, направленное на повышение приспособленности отдельного растения, не приносит пользы, а в некоторых случаях вредит производительности всего сообщества. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Plant, Cell & Environment в рамках специального выпуска «Компромиссы в реакции растений на окружающую среду». Более того, по мнению исследователей, множественные фенотипы, достигаемые в условиях моделируемой тени, могут лучше объяснить производительность сообщества пшеницы, что говорит в пользу использования моделируемой тени в селекции высокоурожайных сортов.

«Более глубокое изучение этих взаимодействий, в частности, понимание их молекулярных и генетических компонентов, очень важно для создания более устойчивых и ресурсосберегающих культурных растений в будущем, — говорит профессор Торстен Шнурбуш. — Использование агроэкологического генетического подхода может оптимизировать урожайность за счет лучшего соответствия культур окружающей среде, как монокультурной, так и смешанной».