«Наше исследование было основано на наблюдениях, что наиболее успешные посевы на территориях, обычно подверженных засухе, обычно защищены более толстым слоем воска листьев, чем другие растения», — сказал д-р Сюэджун Донг, физиолог сельскохозяйственных культур Texas AM AgriLife Research и автор-корреспондент для исследование, Увалде. «Мы надеемся, что это исследование поможет селекционерам пшеницы расширить арсенал свойств, которые они выбирают для засухоустойчивой пшеницы».Донг ранее проводил наблюдения за особенностями листовой поверхности десятков пустынных растений в Центральной Азии, включая наблюдения за кутикулой листьев и воском, но еще не проводил глубоких исследований воска листьев однолетних полевых культур, таких как пшеница.В этом исследовании к Донгу присоединились другие ученые Техаса AM, в том числе доктор Амир Ибрагим, AgriLife Research, и доктор Кларк Нили, Техасская служба распространения знаний AgriLife, оба из Колледж-Стейшн; Д-р Даниэль Лесковар и первый автор исследования Сювэй Лю, оба из AgriLife Research в Увалде; и д-р Цинву Сюэ и Томас Марек, оба из AgriLife Research в Амарилло.
Другим автором-корреспондентом исследования была д-р Сара Фикинс, доцент кафедры наук о Земле Колледжа литературы, искусств и наук Дорнсиф Университета Южной Калифорнии. Финансирование было предоставлено AgriLife Research и Техасским советом производителей пшеницы.«Листовой воск создает границу между листом растения и атмосферой и отражает адаптацию растения и реакцию на стрессы окружающей среды, включая засуху», — сказал Донг. «В идеале, потеря воды через слои кутикулы растения должна быть сведена к минимуму, чтобы растения могли сохранять воду в земной среде.
«Нам было интересно узнать о воске листьев и его значении для влияния на водопроницаемость клеток эпидермиса растений. Мы также хотели узнать, как воск может быть связан с устойчивостью сельскохозяйственных культур к жаре».Исследователи изучили восковые свойства растений и реакцию на окружающую среду у орошаемой озимой пшеницы, обычного сельскохозяйственного однодольного растения. Они количественно оценили концентрацию одного из основных компонентов алканов воска листьев, а также эффективность использования воды листьями на основе изотопного состава углерода.
Аннотация исследования опубликована в журнале Organic Geochemistry.«Цель состояла в том, чтобы определить те характеристики, которые позволят пшенице лучше расти в районах с ограниченными водными ресурсами и суровыми погодными условиями и при этом давать адекватные урожаи», — сказал Донг. «Возможность определять и выращивать более засухоустойчивые культуры будет иметь еще большее значение в будущем, поскольку мы пытаемся прокормить растущее население мира на менее доступных сельскохозяйственных землях и меньших водных ресурсах».Исследователи провели полевые исследования озимой пшеницы — одно в Увальде в районе Зимнего сада Техаса, а другое в Амарилло на Высоких равнинах Техаса.
Они взяли образцы листьев 10 различных сортов, выращенных при полном орошении, а также при недостаточном орошении 13 и 25 процентов.«Мы обнаружили, что при 25-процентном орошении на участке Амарилло концентрация листового воска в озимой пшенице была примерно на 50 процентов выше, что заставляет нас предположить, что селекционеры пшеницы могут захотеть сделать выбор, чтобы обеспечить эти более высокие концентрации наряду с другими признаками, связанными с жарой и засухой. терпимость ", — сказал Ибрагим.Ибрагим добавил, что селекционеры не могут полагаться на отдельные признаки, но должны полагаться на несколько признаков в дополнение к урожайности в стрессовых условиях засухи.Ибрагим сказал, что у Texas AM AgriLife есть команда по усовершенствованию мелких зерновых культур с центрами передового опыта как в главном кампусе в Колледж-Стейшн, так и в Амарилло.
Члены команды в течение многих лет изучали признаки, связанные с устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессам, а также улучшали методы селекции и селекции пшеницы и других мелких зерновых культур в Техасе."Эта работа основана на работе, проделанной ранее персоналом AgriLife, в том числе доктором Дирком Хейсом и мной по воску для листьев, а также докторами Джеки Раддом, Цинву Сюэ, Шую Лю и мной по многим признакам засухоустойчивости на Высоких равнинах Техаса, Роллинг Равнинах и в Южном и Центральном Техасе », — сказал он.
Донг сказал, что демонстрация значительно большей концентрации воска в листьях озимой пшеницы, выращиваемой в районе Высоких равнин, помогла подтвердить предположение о том, что растения, которые выживают в условиях засухи в естественной экосистеме, вероятно, будут иметь эти более высокие концентрации.Он сказал, что объемный анализ листьев и воска на основе изотопов углерода в листьях растений и воска дал в целом аналогичные выводы об эффективности использования воды растениями.
«Изотопный состав углерода был чувствителен к местоположению и недостаточному орошению», — сказал Донг.Он сказал, что наличие информации о составе воска из исследования также позволит выяснить, связан ли какой-либо компонент с устойчивостью к листовой ржавчине, грибковому заболеванию листьев, которое является основным фактором, влияющим на урожайность пшеницы.«Информация об исследовании также будет способствовать пониманию экофизиологии листового воска в отношении устойчивости к засухе и тепловому стрессу и урожайности других культур», — отметил он.
Донг сказал, что 180 участков кукурузы и сорго выращиваются при тех же двух режимах орошения в Увальде в рамках сотрудничества с селекционерами AgriLife Research.«Из 15 гибридов кукурузы и сорго каждый пять или шесть являются либо засухоустойчивыми, либо чувствительными к засухе, — сказал он. — Было бы интересно определить толщину воска листьев и состав некоторых из этих растений».
Он также отметил, что Лю в настоящее время находится в Университете Южной Калифорнии для проведения дополнительного анализа проб, собранных на втором году испытаний озимой пшеницы в регионах Зимнего сада и Высоких равнин.Донг сказал, что еще один аспект исследования, который его вдохновляет, — это сотрудничество между учеными-растениями и геофизиками в изучении структурных составляющих воска листьев, которые влияют как на устойчивость к агрономическому стрессу, так и на будущее связывание углерода.
«Алканы листьев принадлежат к группе долгоживущих веществ, которые после осаждения могут сохраняться в течение геологического времени», — пояснил он. «То, что мы делаем сегодня и в будущем в селекции сельскохозяйственных культур, может оказать значительное влияние на углеродный баланс в глобальном масштабе, особенно с учетом интенсификации сельскохозяйственной деятельности, происходящей на пахотных землях мира».