Жара угрожает урожайности ячменя, но есть решения
Повышение глобальных температур значительно сокращает производство и качество культур, и ячмень не является исключением. Эта зерновая культура, важная для кормления животных и производства пива, сталкивается с нарушением развития из-за чрезмерной жары. Волны тепла наносят ущерб клеточным мембранам, нарушают белки и увеличивают производство активных форм кислорода, вредных для клеток. Эти нарушения затрудняют фотосинтез и размножение растения, что приводит к значительным потерям урожайности.
Для решения этой проблемы изучаются физиологические и молекулярные механизмы. С точки зрения физиологических подходов, оптимизация сроков посева позволяет ячменю избегать периодов сильной жары во время критических фаз цветения и налива зерна. Адаптированный полив и строгий контроль за удобрениями также помогают растениям лучше сопротивляться, поддерживая хороший уровень гидратации и питательных веществ. Инокуляция полезными грибами и бактериями также усиливает устойчивость ячменя, стимулируя его рост и улучшая систему защиты от стресса.
Микроорганизмы, такие как некоторые штаммы Bacillus, производят растительные гормоны и фиксируют азот, что способствует лучшему усвоению питательных веществ. Они также помогают нейтрализовать активные формы кислорода, ответственные за ионный дисбаланс в растениях при тепловом стрессе.
На молекулярном уровне достигнуты значительные успехи. Гены устойчивости к жаре, выявленные у модельных растений, таких как Arabidopsis, были введены в ячмень. Например, ген HvGST4, полученный из дикого ячменя, был сверхэкспрессирован у Arabidopsis, что улучшило его устойчивость не только к жаре, но и к засухе, соли и холоду. Этот ген стимулирует производство глутатиона, естественного антиоксиданта, который защищает клетки. Другой ген, TaHsfA6b, полученный из пшеницы, был интегрирован в ячмень с помощью генной редакции, усилив его способность выдерживать высокие температуры без ущерба для его нормальных характеристик.
Исследователи также выявили генетические регионы, называемые QTL, связанные с устойчивостью к жаре. Три из этих регионов были ассоциированы с устойчивостью к тепловому стрессу у 120 сортов ячменя, тогда как еще десять влияют как на устойчивость, так и на качество зерна. Эти открытия позволяют отбирать более устойчивые сорта с помощью методов геномной селекции, которые анализируют ДНК для прогнозирования производительности растений.
Генная редакция с помощью CRISPR, точный метод модификации ДНК, также предлагает многообещающие перспективы. Она позволяет целенаправленно изменять специфические гены для улучшения устойчивости ячменя без введения нежелательных мутаций. Модифицированные таким образом сорта производят больше белков теплового шока, которые защищают клетки в условиях стресса.
Наконец, сельскохозяйственные практики, такие как термический прайминг, который заключается в кратковременном воздействии на молодые растения умеренной жары, готовят ячмень к лучшему перенесению более высоких температур в будущем. Эта техника активирует защитные механизмы, такие как производство антиоксидантных ферментов и защитных белков, которые ограничивают повреждение клеток.
Эти достижения в сочетании с оптимальным управлением культурами могут позволить поддерживать, а возможно, и улучшать производство ячменя несмотря на глобальное потепление. Текущие потери, которые в некоторых регионах при жаре достигают 50%, таким образом, могут быть сокращены, обеспечивая стабильное предложение для зависимых отраслей.
Жара угрожает урожайности ячменя, но есть решения
Повышение глобальных температур значительно сокращает производство и качество культур, и ячмень не является исключением. Эта зерновая культура, важная для кормления животных и производства пива, сталкивается с нарушением развития из-за чрезмерной жары. Волны тепла наносят ущерб клеточным мембранам, нарушают белки и увеличивают производство активных форм кислорода, вредных для клеток. Эти нарушения затрудняют фотосинтез и размножение растения, что приводит к значительным потерям урожайности.
Для решения этой проблемы изучаются физиологические и молекулярные механизмы. С точки зрения физиологических подходов, оптимизация сроков посева позволяет ячменю избегать периодов сильной жары во время критических фаз цветения и налива зерна. Адаптированный полив и строгий контроль за удобрениями также помогают растениям лучше сопротивляться, поддерживая хороший уровень гидратации и питательных веществ. Инокуляция полезными грибами и бактериями также усиливает устойчивость ячменя, стимулируя его рост и улучшая систему защиты от стресса.
Микроорганизмы, такие как некоторые штаммы Bacillus, производят растительные гормоны и фиксируют азот, что способствует лучшему усвоению питательных веществ. Они также помогают нейтрализовать активные формы кислорода, ответственные за ионный дисбаланс в растениях при тепловом стрессе.
На молекулярном уровне достигнуты значительные успехи. Гены устойчивости к жаре, выявленные у модельных растений, таких как Arabidopsis, были введены в ячмень. Например, ген HvGST4, полученный из дикого ячменя, был сверхэкспрессирован у Arabidopsis, что улучшило его устойчивость не только к жаре, но и к засухе, соли и холоду. Этот ген стимулирует производство глутатиона, естественного антиоксиданта, который защищает клетки. Другой ген, TaHsfA6b, полученный из пшеницы, был интегрирован в ячмень с помощью генной редакции, усилив его способность выдерживать высокие температуры без ущерба для его нормальных характеристик.
Исследователи также выявили генетические регионы, называемые QTL, связанные с устойчивостью к жаре. Три из этих регионов были ассоциированы с устойчивостью к тепловому стрессу у 120 сортов ячменя, тогда как еще десять влияют как на устойчивость, так и на качество зерна. Эти открытия позволяют отбирать более устойчивые сорта с помощью методов геномной селекции, которые анализируют ДНК для прогнозирования производительности растений.
Генная редакция с помощью CRISPR, точный метод модификации ДНК, также предлагает многообещающие перспективы. Она позволяет целенаправленно изменять специфические гены для улучшения устойчивости ячменя без введения нежелательных мутаций. Модифицированные таким образом сорта производят больше белков теплового шока, которые защищают клетки в условиях стресса.
Наконец, сельскохозяйственные практики, такие как термический прайминг, который заключается в кратковременном воздействии на молодые растения умеренной жары, готовят ячмень к лучшему перенесению более высоких температур в будущем. Эта техника активирует защитные механизмы, такие как производство антиоксидантных ферментов и защитных белков, которые ограничивают повреждение клеток.
Эти достижения в сочетании с оптимальным управлением культурами могут позволить поддерживать, а возможно, и улучшать производство ячменя несмотря на глобальное потепление. Текущие потери, которые в некоторых регионах при жаре достигают 50%, таким образом, могут быть сокращены, обеспечивая стабильное предложение для зависимых отраслей.
Mentions des sources
Publication citée
DOI : https://doi.org/10.1007/s44372-026-00718-6
Titre : Evaluation of molecular and physiological mechanisms underpinning heat stress tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): an approach towards heat resilient barley production
Revue : Discover Plants
Éditeur : Springer Science and Business Media LLC
Auteurs : Ali Hasnain; Muhammad Naveed Anjum; Zahid Mehmood; Adeel Mustafa; Muhammad Umer Farooq Awan