ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Kako ugljikov dioksid djeluje na usjeve?

Ranija istraživanja pokazala su da veći udio ugljikovog dioksida (CO2) u atmosferi može potaknuti bolji rast biljke. Ipak, pozitivne strane dobivanja veće biomase praćene su i negativnim stranama, kao što je poništavanje uspjeha posebnih vrsta. Hoće li povišen udio CO2 rezultirati većom biljkom ovisi o njenoj vrsti. Kod C3 biljaka, koje čine 90 posto uzgajanih biljaka, udvostručavanje razine CO2 u atmosferi povećava urod za 20 posto. Ove biljke, između ostalog, uključuju žito, rižu, krumpir i soju. S druge strane, kod C4 biljaka, koje uključuju i kukuruz, proso i šećernu trsku, urod je veći za tek par postotaka. 

Poništen uspjeh uzgoja nekih žitarica 

Druga strana medalje je da bi udio CO2 u atmosferi mogao uništiti prispjele usjeve od proteklih nekoliko godina, rekli su znanstvenici sa Max-Planck instituta za molekularnu fiziologiju biljaka i znanstvenici sa Sveučilišta u Potsdamu. Takve biljke koje su nam danas jedan od glavnih izvora zaliha hrane nemaju visoke okomite stabljike, nego se pretežno uzgajaju biljke niskih stabljika koje daju velike doprinose.

Kao primjer oni navode uzgoj nekad obećavajuće vrste riže IR8  na niskim stabljikama, a ona više nije cijenjena. Premda se u posljednjih 50 godina ništa nije promijenilo u genetskom izgledu riže vrste IR8, njen urod je neprestano postajao sve lošiji. Patuljasta vrsta riže nema enzim koji je potreban za proizvodnju hormona za rast biljke, a koji se zove giberelinska kiselina. Bez giberelinske kiselina stabljika riže ostane niska, ali snažna, i daje velik urod. Čini se kako ugljikov dioksid ima ista svojstva za poticanje rasta kao giberelinska kiselina. Stoga patuljaste biljke postupno gube svoju prednost i  sve više izgledaju kao kontrolirane biljke. 

Proizvodnja znatno većeg krumpira uz veće količine CO2 

Znanstvenici sa Sveučilišta Hawaii u SAD-u su otkrili kako slatki krumpir naraste veći kada je u atmosferi veći udio ugljikovog dioksida. Kada uistinu dođe do predviđenih klimatskih promjena pred kraj stoljeća, slatki krumpir bi mogao narasti čak dva puta veći nego što je danas.

Problem je kako odrediti mijenja li veći udio CO2 u atmosferi hranjivu vrijednost slatkog krumpira ili ne, te odrediti kako se to događa. Ranija istraživanja su već pokazala da je sadržaj proteina u žitu, riži, ječmu i krumpiru smanjen kada se udio CO2 u atmosferi poveća. 

Hranjive vrijednosti se mijenjaju zbog klimatskih promjena

Po prvi je put istraživanje na poljima pokazalo kako povišena razina ugljikovog dioksida koči asimilaciju nitrata u proteine, što upućuje na to da su hranjive vrijednosti usjeva pod rizikom kako su klimatske promjene sve veće.

“Kvaliteta hrane je sve lošija kako raste razina ugljikovog dioksida u atmosferi”, rekao je vodeći autor studije Arnold Bloom, professor na Odsjeku za proučavanje biljaka s Kalifornijskog sveučilišta u Davisu.

“Imamo nekoliko objašnjenja za ovaj pad kvalitete, ali ovo je prvo istraživanje koje dokazuje da povišena razina ugljikova dioksida koči asimilaciju nitrata u proteine kod usjeva na polju”, rekao je.

Nitrogen igra ključnu ulogu u rastu biljke i njenom razvoju. Kod usjeva je posebno važno da biljke koriste nitrogen kako bi proizvele proteine koji su nužni za ljudsku prehranu, tako npr. iz žitarica dobivamo skoro jednu četvrtinu svih proteina u prehrani.

Mnoge su prethodne studije provedene u laboratorijima pokazale da povišena razina ugljikovog dioksida u atmosferi koči asimilaciju nitrata u listovima žitarica i nemahunarki; ipak nije potvrđena takva veza kod biljaka koje su uzgajane na polju. 

Istraživanje žita na poljima 

Za promatranje kako žito reagira na različite razine udjela ugljikovog dioksida u atmosferi, istraživači su proučavali uzorke žita uzgajanog 1996. i 1997. godine u agrikulturnom centru Maricopa kraj Phoenixa u Arizoni.

Tada je zrak obogaćen ugljikovim dioksidom pušten u polja, čime je stvorena veća razina ugljika na zemljištima na kojima su se biljke proučavale, slično onome što očekujemo da će se dogoditi za par desetljeća. Kontrolirane sadnice žita su također uzgajane u blizini, ali na njih nije djelovao ugljikov dioksid.

Lisnati material s raznih proučavanih zemljišta je odmah stavljen na led, a zatim je osušen u pećnici i spremljen u vakuumirane spremnike kako bi se promjene uzrokovane vremenom svele na najmanju razinu.

To je omogućilo Bloomu i ostalim članovima istraživačkog tima da provedu kemijske analize koje znanstvenici nisu mogli provesti u vrijeme kada su eksperimentalne biljke bile ubrane.

U posljednjem su istraživanju istraživači zabilježili tri različite mjere asimilacije nitrata zahvaljujući kojima su potvrdili kako povišena razina ugljikovog dioksida u atmosfera koči nastajanje proteina kod žita uzgojenog na polju.

“Ova istraživanja provedena na polju podudaraju se s pronalascima prethodnih laboratorijskih studija koje pokazuju da je nekoliko fizioloških mehanizama odgovorno za kočenje razgradnje nitrata u lišću”, rekao je Bloom. 

Očekuje se smanjenje količine proteina za 3 posto 

Bloom kaže kako druge studije također pokazuju da se udio proteina u zrnu žita, riže i ječma, kao i u gomolju krumpira, smanjuje u prosjeku za 8 posto kod povišene razine ugljikovog dioksida u atmosferi.

“Kada se ta smanjena razina poredi s proteinima iz prehrane koje ljudi dobivaju iz raznih usjeva, postaje jasno kako se sveukupna količina proteina koja je dostupna ljudima za jelo može smanjiti za 3 posto ako ugljikov dioksid iz atmosfere dosegne razinu koja se predviđa za sljedećih nekoliko desetljeća”, rekao je Bloom.

Dok bi korištenje nitrogena moglo djelomično nadoknaditi ovo pogoršanje kvalitete hrane, imalo bi i negativne posljedice, a one uključuju velike troškove, više nitrata u podzemnim vodama i povećanu emisiju stakleničkih plinova. 

Izvori: Rural21University of California - Davis 

Podijeli.