Inovativní plodiny pro udržitelnější hospodaření s vodou

6.1.2025 | Kristýna Kliková

Stres způsobený suchem je jedním z nejvýznamnějších limitujících faktorů rostlinné produkce na celém světě, přičemž se tento problém stále zhoršuje v důsledku klimatických změn. Z tohoto důvodu se vědci dlouhodobě zaměřují na klíčovou vlastnost rostlin, známou jako efektivní využití vody (Water Use Efficiency, WUE). Tato vlastnost umožňuje rostlinám růst i při omezeném množství dostupné vody, čímž jim pomáhá snížit negativní dopady sucha. Zvýšení WUE však u většiny plodin bývá spojeno s poklesem produktivity za podmínek přítomnosti dostatečného množství vody.

Vědci z Centra pro pokročilé inovace v oblasti bioenergie a bioproduktů (CABBI) na Univerzitě v Illinois Urbana-Champaign zdůrazňují potenciál genového inženýrství při zlepšování WUE u klimaticky a bioenergeticky vhodných C4 rostlin, a to bez negativních dopadů na produktivitu.

V první studii vědci zlepšili WUE u čiroku vložením genu, který mění strukturu a snižuje počet průduchů v listech. Tento přístup minimalizuje ztrátu vody, aniž by ovlivnil fotosyntézu nebo produkci biomasy. Ve druhé studii zjistili, že snížení počtu průduchů u cukrové třtiny a dalších C4 rostlin vede k širšímu otevření zbývajících průduchů, což částečně vyrovnává očekávané zlepšení WUE. Mechanismus tohoto jevu zatím není objasněn, ale jeho objev naznačuje slibný potenciál pro rozvoj udržitelného zemědělství a bioenergetiky.

Většina dalších studií zaměřených na zvýšení WUE u rostlin naráží na zásadní problém: zvýšení WUE často přináší nežádoucí kompromis, z pohledu zemědělství velice problematický – snížení přirozené produktivity rostlin, zisku uhlíku z fotosyntézy a rychlosti růstu. Rostliny si tedy vedou lépe v podmínkách nedostatku vody, ale jejich výkonnost klesá, pokud je vody dostatek. 

C4 rostliny zkoumané vědci z CABBI však fungují odlišně. Jejich fotosyntéza zahrnuje mechanismus koncentrování CO₂ uvnitř listů před jeho využitím, což zvyšuje efektivitu fotosyntézy. Většina ostatních, běžných rostlin tento proces provádí průběžně, bez předchozího zakoncentrování CO₂. Ačkoliv C4 rostliny tvoří pouze přibližně 5 % všech rostlinných druhů, hrají stále významnější roli v zemědělství, zejména v produkci potravin, biopaliv a vláken. Mezi tyto rostliny patří například čirok, rákos nebo ozdobnice (miscanthus), které jsou příkladem plodin využívaných pro produkci biomasy. Tyto plodiny nejen zachycují uhlík, ale také slouží jako základní surovina pro výrobu bioproduktů.

Dosažené poznatky pomáhají optimalizovat produkci bioenergetických surovin, zlepšují odolnost plodin vůči suchu a otevírají nové možnosti v oblasti rostlinného výzkumu. Vývoj plodin s nižší potřebou vody o 10–20 % by se mohl uplatnit nejen v USA, kde výzkum probíhá. Zároveň by umožnil lokálním farmářům udržet ziskovou produkci i během suchých let, která jsou a budou v souvislosti s klimatickými změnami stále častější.

 

Zdroje: