Věda vyzrála na fotosyntézu. Rostliny jsou produktivnější o 40 %

Problematická fotosyntéza

Fotosyntéza je složitý biochemický proces, při němž rostliny převádějí přijaté světlo na energii. Klíčový stupněm hraje enzym zvaný RuBisCO, jenž přispívá k přísunu molekul oxidu uhličitého. Tento enzym však není zcela efektivní. Během svého působení přijímá nejen oxid uhličitý, ale také kyslík. Nedokonalost vede ke vzniku toxického produktu narušujícího celý proces fotosyntézy. Nebyla by to ale příroda, aby si s něčím neporadila. K odstranění problematických vedlejších produktů využívají rostliny tzv. fotorespiraci.

Přirozenou metodou sice dosáhnou kýženého účinku, zároveň ale dochází ke značným ztrátám energie. Ačkoliv tyto vedlejší účinky samotným rostlinám zřejmě nevadí, v našem zemědělství působí výrazné ekonomické ztráty. Fotorespirace totiž drasticky potlačuje výnosný potenciál, který se pohybuje mezi 20–50 % (vše závisí na okolních podmínkách a jiných faktorech). Není tedy divu, že se vědci již dříve snažili takové ztráty nějakým způsobem přelstít. Doposud se ale potýkali s nezdarem. Jak se ovšem zdá, mezinárodní projekt Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) zaznamenal v tomto oboru velký úspěch. Na co tedy vědci přišli?

Konec hladu?

Nejde přitom o nic nezajímavého. Podle výzkumníků může takový objev hrát zásadní roli v boji proti světovému hladu. „Mohli bychom nasytit až 200 milionů lidí s kaloriemi ztracenými při fotorespiraci ve středozápadních státech USA každý rok,“ konstatoval vedoucí studie Donald Ort. Fotorespirace totiž probíhá dlouhou a komplikovanou cestou. Vědci ale nyní navrhli alternativní způsoby, jak náročný proces přesměrovat. Nyní jsou schopni celý proces zkrátit a ušetřit dostatek zdrojů pro zvýšení růstu rostlin až o 40 %. Je to vůbec poprvé, kdy byla upravená fotorespirace testována v agronomických podmínkách reálného světa. „Stejně jako Panamský průplav byl inženýrským výkonem, který zvýšil efektivitu obchodu, tyto fotorespirační zkratky jsou výkonem rostlinného inženýrství, který se vyznačuje jako jedinečný prostředek k výraznému zvýšení účinnosti fotosyntézy,“ poznamenal ředitel RIPE Stephen Long.

Odborníci se během dvou let zabývali třemi alternativními cestami, jimiž nahradili tu původní. Své hypotézy testovali na tabáku, což je pro takový výzkum naprosto ideální rostlina. Tabák lze – oproti jiným potravinářským rostlinám – jednodušeji modifikovat a snadno se testuje přímo v terénu. Během praktických studií zaznamenali vědci velký úspěch: jejich upravené plodiny rostly rychleji, byly vyšší a produkovaly o 40 % více biomasy.

Lepší rostliny

Po takovém zdaru hodlají novou metodu aplikovat i na další plodiny. Konkrétně chtějí zvýšit výnos sóji, vigny čínské (Vigna unguiculata), rýže, brambor, rajčat a lilku. Jak vědci sami podotkli, i na růst rostlin a jejich výnos má vliv globální oteplování. Při vyšších teplotách má enzym RuBisCO potíže se sběrem oxidu uhličitého, který si tak často plete s kyslíkem. Tímto způsobem dochází k častější fotorespiraci, vyšším energetickým ztrátám a pomalejšímu růstu. „Naším cílem je vytvořit lepší rostliny, které si dnes a v budoucnu dokážou poradit s teplem, čímž zemědělce vybavíme novou technologií, která pomůže nakrmit svět,“ vysvětlila spoluautorka výzkumu Amanda Cavanagh.

Pokud nová metoda skutečně uspěje i na strategických plodinách, výnos světového zemědělství by se mohl výrazně navýšit. Nikdo se nicméně netají tím, že v případě úspěchu se nový objev rozšíří za nejméně jednu dekádu. V prvé řadě je nutné technologii aplikovat do běžných potravinářských plodin, přičemž schvalovací úřednické martyrium bude jistě také nějakou dobu trvat. Společnost RIPE a její sponzoři se ale zavázali, že drobní zemědělci budou mít ke všem metodám přístup zdarma. Text: Petr Smejkal