Из школьного курса ботаники все примерно представляют, что такое фотосинтез, и как энергия света влияет на рост растений. Но просто знать – мало, нужно уметь воспользоваться этими знаниями на практике, чтобы процесс использования световой энергии принес максимальную пользу и способствовал увеличению урожайности.
Какие процессы происходят внутри растения под воздействием солнечного света? При участии зеленого пигмента – хлорофилла, который окрашивает хлоропласты растения в зеленый цвет, происходит фотосинтез. Это когда хлоропласт под воздействием солнечного света превращает воду и углекислый газ в кислород и глюкозу. Именно глюкоза способствует интенсивному развитию растения.
До сих пор ученые генетики думали, что растение самостоятельно использует фотосинтез со стопроцентной эффективностью. Недавние исследования доказали, что растение воспринимает лишь небольшой процент (всего от 0,5 до 1 %) доступного ему света. У разного рода культур свое светопоглощение: у одних – меньше, у других – больше. Так, у растений семейства капустных, к ним же относится и серая горчица, содержится вещество, способное наиболее эффективно использовать фотосинтез. Именно по этой причине растения семейства капустных растут быстро.
Влияние генетики
Современные ученые заметили, что растения, принадлежащие к одному и тому же виду, могут иметь неодинаковое влияние солнечной энергии на процесс фотосинтеза. Благодаря пониманию происходящих в растениях химических процессов и их анализу ученым удалось внести изменения на генетическом уровне. Но не заменой хромосом – им удалось заменить хлоропласт одного растения другим. Опыты проводились на кресс-салате, использовались хлоропласты растений с высокими показателями роста. Таким образом селекционеры уже сегодня могут похвастаться выведенными сортами привычных сельхозкультур, способных дать больший урожай. Они уверены, что со временем в ходе экспериментов им удастся получить растения, которые смогут использовать все 1,5 % солнечного света.
Использование энергии солнца
Несмотря на постоянный прогресс в изучении воздействия солнечной энергии на растения, этот процесс учеными изучен не до конца. Еще предстоит сделать в этом направлении немало открытий. В данный момент известно, что чем выше скорость фотосинтеза, там крупнее листья у растения, мощнее корень и обильнее цветение.
Продолжая экспериментальные исследования в области влияния фотосинтеза на развитие растений, в нидерландском университете Вагенингена ( основан в начале прошлого века как высшая сельскохозяйственная школа) работают над генетическими изменениями некоторых популярных культур. Подопытными стали: просо, томаты и кукуруза. Опытным путем исследователи пришли к выводу, что, получая большое количество солнечной энергии, растение использует лишь его малую часть для фотосинтеза, а остальная, попадая во внешнюю среду, выделяет тепло. Этот процесс называется «нефотохимическое тушение» – оно оказалось для растений полезным, так как предотвращает повреждение белков хлоропласта солнечным светом. Но, растения довольно осторожны, и в пасмурные дни они используют эту способность, значительно снижая скорость фотосинтеза. Как этот происходит, как вмешаться в этот процесс и его урегулировать? На эти вопросы ученые ищут ответ.
Перенаправить потоки света
Внушительная кампания ведется по изучению процессов «нефотохимичского тушения», возникающих в ходе воздействия солнечной энергии на растения. Привлечены сотрудники университетов Амстердама и ученые из США. Они хотят разобраться, какие гены растений отвечают за световосприятие, и как можно искусственным путем урегулировать воздействие солнечной энергии, не подвергая растение опасности.
Селекционный отбор
Российские же ученые, изучая влияние фотосинтеза на урожайность, пришли к выводу, что важную роль играет селекционный отбор растений с высоким светопоглощением, а также технология высадки растений. Для наиболее эффективного воздействия на растения солнечной энергии важно соблюдать определенное оптимальное расстояние между посадками: частые посадки затеняют друг друга, а редкие посевы нерационально используют свет. В обоих случаях урожай будет невысоким.
То чем в настоящее время занимаются российские, голландские и американские ученые, однажды даст свои результаты: позволит повысить урожайность, выращивая безопасные и качественные овощи, фрукты и другие культуры.