Может ли улучшение фотосинтеза повысить урожайность сельскохозяйственных культур?

Потенциал урожайности (Yp) зерновой культуры представляет собой массу семян на единицу площади поверхности почвы, полученную в оптимальных условиях выращивания при отсутствии сорняков, вредителей и болезней. Он определяется произведением доступной энергии света и генетически обусловленных характеристик: эффективности улавливания света (εi), эффективности преобразования поглощённого света в биомассу (εc) и доли биомассы, направляемой в зерно (η). Селекция приближает η и εi к их теоретическим максимумам, оставляя εc, которая определяется главным образом фотосинтезом, единственной сохраняющейся существенной возможностью повышения Yp. Однако интенсивность фотосинтеза листа слабо коррелирует с урожайностью при сравнении различных генотипов одного вида сельскохозяйственной культуры. Это привело к представлению о том, что улучшение фотосинтеза листа имеет небольшое значение для повышения Yp. Напротив, многочисленные недавние эксперименты, в которых сравнивали рост одного и того же генотипа при современной и прогнозируемой в будущем повышенной концентрации [CO2], показывают, что увеличение фотосинтеза листа тесно связано с сопоставимым повышением урожайности. Существуют ли возможности добиться аналогичного повышения с помощью генетических манипуляций? Были изучены шесть потенциальных путей увеличения εc посредством повышения эффективности фотосинтеза — от изменения архитектуры растительного полога до улучшения регенерации молекулы-акцептора CO2. В совокупности эти изменения могли бы повысить εc и, следовательно, Yp примерно на 50%. Поскольку некоторые изменения могут быть достигнуты с помощью трансгенных технологий, сроки создания коммерческих сортов могут быть значительно короче, чем при традиционной селекции, и потенциально составить 10–15 лет.