Вчені стверджують, що органічне землеробство змінює генетичний код рослин

Дослідницький проєкт, проведений в Боннському університеті, виявляє відмінності у зростанні рослин за органічних і звичайних методів землеробства. Тривале дослідження Боннського університету показало, що рослини можуть генетично адаптуватися до конкретних умов органічного землеробства. У дослідженні дослідники вирощували ячмінь на двох сусідніх полях, застосовуючи звичайні методи землеробства на одному та органічні методи на іншому.

Протягом понад 20 років органічний ячмінь збагачувався специфічним генетичним матеріалом, який відрізнявся від порівняльної культури. Серед іншого, результати демонструють, наскільки важливо вирощувати сорти, особливо для органічного землеробства. Результати опубліковано в журналі Agronomy for Sustainable Development.

Наприкінці 1990-х років професор д-р Єнс Леон розпочав експеримент у Боннському університеті, який, як він знав, триватиме тривалий період часу. Його дослідницька група хотіла дослідити вплив умов землеробства на генетичний матеріал рослин. З цією метою вони провели комплексне довгострокове дослідження протягом 23 років в Інституті рослинництва та збереження ресурсів (INRES). «Ми вперше схрестили високоврожайний ячмінь з дикою формою, щоб збільшити генетичну варіативність», — каже Леон. «Потім ми висадили ці популяції на двох сусідніх полях, щоб ячмінь ріс на тому ж ґрунті та в тих самих кліматичних умовах».

Єдина різниця полягала в способі землеробства. Традиційне землеробство використовувалося на одному з полів, де дослідники використовували пестициди для боротьби зі шкідниками, хімічні агенти для знищення бур’янів і мінеральні добрива для забезпечення хорошого запасу поживних речовин. В іншій сфері дослідники застосували більш екологічний підхід: відсутність пестицидів, боротьба з бур’янами за допомогою механічних методів і удобрення ґрунту гноєм зі стаєнь. Частину зерна зберігали щоосені, щоб засіяти поля наступної весни – використовуючи органічні зерна на органічному полі та ячмінь, вирощений у звичайних умовах на порівняльному полі. «Однак ми не вибирали зерна на основі якихось конкретних характеристик, а просто випадково відібрали невелику частину врожаю», — підкреслює колега Леона д-р Майкл Шнайдер.

Аналіз розвитку геному в покадровому зніманні

Дослідники також щороку аналізували геноми традиційних і органічних рослин. Кожен ген може існувати в різних формах, які називаються алелями. Наприклад, людський ген, відповідальний за колір очей, існує в алелях «коричневий» і «блакитний». Частота, з якою певні алелі виникають у популяції, може змінюватися з поколіннями. Умови навколишнього середовища є одним із факторів, який відіграє важливу роль у цьому процесі: алелі, які забезпечують процвітання рослин у їх поточному середовищі, зазвичай зустрічаються все частіше.

Дослідники виявили дві цікаві тенденції у своїх генетичних тестах: протягом перших дванадцяти років частота алелів ячменю змінювалася однаково на обох полях. «Наша інтерпретація цього висновку полягає в тому, що дуже різноманітні популяції, викликані схрещуванням з диким ячменем, адаптувалися до місцевих умов», — говорить доктор Агім Балвора, який також брав участь у дослідженні. «Зрештою, такі фактори, як клімат, ґрунт і особливо тривалість дня, були ідентичними для обох популяцій». Однак у наступні роки частоти алелів обох культур дедалі більше відрізнялися. Зокрема, ячмінь, вирощений за допомогою методів органічного землеробства, розвинув варіанти генів, які були менш чутливі до дефіциту поживних речовин або нестачі води, тобто алелі, які впливали на структуру коренів. «Однією з причин цього, ймовірно, є значні коливання в доступності поживних речовин в органічному землеробстві», — говорить Леон.

Генетична неоднорідність полегшує процес адаптації

Традиційно вирощений ячмінь також з часом став більш генетично однорідним, а це означає, що генетичний матеріал в окремих рослинах, вирощених на полі, з року в рік ставав все більш схожим. Проте органічний ячмінь залишався більш неоднорідним. Частоти алелів в органічній культурі також змінювалися більш широко з часом. Це призвело до того, що деякі роки були надзвичайно сприятливими або несприятливими для деяких алелів. Це може бути тому, що умови навколишнього середовища коливаються набагато більше в органічному землеробстві, ніж при звичайних методах формування: наприклад, якщо певні хвороби рослин поширюються протягом одного року, рослини будуть найбільше покладатися на ті алелі, які їх захистять. Здається, мінливість сил навколишнього середовища, що діють на рослини, призводить до більшої генетичної гетерогенності. «В результаті рослини краще адаптуються до таких змін», — говорить Леон.

Загалом результати демонструють важливість вирощування сортів, оптимізованих для органічного землеробства. Оскільки їх генетичний склад пристосувався до цих умов, вони стануть міцнішими та забезпечуватимуть вищі врожаї. «Крім того, здається, має сенс під час культивування рослин схрещувати їх зі старшими або навіть дикими сортами», — пояснює Леон. «Наші дані також показують, що це може принести користь навіть звичайним високоврожайним сортам».