Ein Team der University of Illinois hat die Verbesserung der Photosynthese durch Enzymmodifikation modelliert und das Wachstum von Sojabohnen unter realistischen Klimabedingungen simuliert, um festzustellen, inwieweit die Verbesserungen der Photosynthese zu höheren Erträgen führen könnten.
„Es gibt eine komplexe Beziehung zwischen der Verbesserung der Photosynthese und dem tatsächlichen Ertrag, eine höhere Photosynthese bedeutet nicht unbedingt einen höheren Ertrag. Die Ertragsrendite wird stark von saisonalen Klimabedingungen beeinflusst“, sagte Yufeng He, ein Postdoktorand in Illinois, der diese Arbeit leitete für ein Forschungsprojekt mit dem Namen „Realizing Increased Photosynthetic Efficiency“ (RIPE). „Diese Studie hat eine Brücke geschlagen, die den fehlenden Teil zwischen Verbesserungen der Photosynthese und höheren Erträgen im Feldmaßstab verbindet.“
Er und seine Kollegen in der Matthews Research Group verwendeten den BioCro-Modellierungsrahmen, um Sojabohnen auf Feldern in Illinois unter normalen und erhöhten CO2-Bedingungen zu simulieren, wobei sie zwei wichtigen Parametern besondere Aufmerksamkeit schenkten, die den Photosyntheseprozess des Pflanzendachs beeinflussen; Jmax und Vcmax. Sie wollten die Wirkung der Verstärkung dieser photosynthetischen Prozesse auf der Baumkronenebene und nicht nur auf der Blattebene bestimmen und feststellen, ob die Auswirkungen unter einer Reihe von Klimabedingungen zu höheren Erträgen führen könnten.
Das Team fand heraus, dass die Gesamterträge der pflanzlichen Photosynthese und der Schotenbiomasse (Erträge) beeinträchtigt wurden, wenn Pflanzen in einer Umgebung mit hohem CO2-Gehalt simuliert wurden. Sie fanden auch heraus, dass Korrelationen zwischen erhöhter Photosynthese und erhöhtem Ertrag von den Klimabedingungen in verschiedenen Stadien des Sojabohnenwachstums abhängig waren. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Forschung zu Feldfrüchten.
„Es gibt Hinweise darauf, dass die Photosynthese durch die Modifikation bestimmter Enzyme verbessert werden kann, aber die meisten dieser Studien wurden entweder nur mit Blick auf die Auswirkungen auf die Blattschuppen oder die Auswirkungen einer begrenzten Anzahl von Feldversuchen und saisonalen Klimabedingungen durchgeführt“, sagte Megan Matthews, Assistenzprofessor an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen in Illinois und Hauptprüfer der Forschung.
„Wir haben die Auswirkungen saisonaler Klimabedingungen auf Feldebene auf die Verbesserungen der Photosynthese untersucht. Wir haben realistische Klimaeingaben verwendet, um unsere Modelle auszuführen und zu zeigen, wie diese Verbesserungen bei unterschiedlichen Klimazonen variieren würden.“
Die nächsten Schritte für die Forscher bestehen darin, spezifische Daten von afrikanischen Pflanzensorten und Umweltbedingungen hinzuzufügen und detailliertere mechanistische Modelle einzubeziehen, um die Ergebnisse auf das Pflanzenwachstum in Subsahara-Afrika anzuwenden.
Mehr Informationen:
Yufeng He et al., Saisonale Klimabedingungen beeinflussen die Wirksamkeit der Verbesserung der Photosynthese zur Steigerung des Sojabohnenertrags, Forschung zu Feldfrüchten (2023). DOI: 10.1016/j.fcr.2023.108907