Поглощение и перенос 15N-уреи через листья в пшенице с разными схемами старения на поздней стадии роста

Почему более «зеленая» пшеница важна для нашего питания

Пшеничные растения стареют по‑разному. Одни долго остаются зелеными, другие желтеют и вянут раньше. Эта разница в поведении «stay‑green» может незаметно влиять на количество урожая и содержание белка в зерне. В этом исследовании прослеживают азот — ключевой элемент, определяющий цвет листьев и содержание белка в зерне — в двух типах пшеницы с разной скоростью старения, показывая, как время поглощения азота и длительность жизни листьев вместе влияют на урожайность и качество зерна.

Два типа пшеницы растут рядом

Исследователи сравнивали сорт пшеницы stay‑green под названием YM66 с раннестареющим сортом WM6. У растений stay‑green верхние листья и стебли остаются зелеными даже тогда, когда зерно почти созрело, обеспечивая фотосинтез и заполнение зерна дольше. В тщательно контролируемых горшках обе пшеницы росли в одинаковых почвенных, водных и удобрительных условиях, так что единственной существенной разницей была скорость старения листьев. В течение поздней фазы роста команда измеряла, какой площади зеленых листьев осталось, сколько хлорофилла содержат листья и сколько азота присутствует в листьях, стеблях и зерне.

«Рисование» азотом по листьям, чтобы проследить его путь

Вместо внесения удобрений в почву учёные «наносили» специальное азотное удобрение на флаг‑лист — верхний лист, который играет ключевую роль в питании развивающегося зерна. Использовали мочевину, обогащённую редким изотопом 15N, который действует как химическая метка. Это фолiarное удобрение применяли либо за несколько дней до цветения, либо примерно через десять дней после него. Отслеживая, где со временем появлялся 15N в листьях, стеблях и зерне, можно было увидеть, когда и как каждый тип растения поглощал азот, где он временно накапливался и сколько в итоге попадало в собранные зерна.

Более зеленые растения дольше поглощали больше азота

YM66, сорт stay‑green, сохранял больше площади зеленых листьев и более высокий уровень хлорофилла в период заполнения зерна, чем WM6. Это внешнее отличие отражало более глубокое: YM66 поглощал больше суммарного азота и продолжал это делать дольше после цветения. В то время как WM6 увеличивал содержание азота после цветения лишь незначительно, YM66 продолжал накапливать азотные резервы почти три недели. В обеих пшеницах азот, уже запасённый в листьях и стеблях до цветения, постепенно переносился в зерно. Но у YM66 уровень азота в стеблях и листьях оставался выше дольше, выступая более мощным резервуаром для стабильного питания зерна.

Большая часть азота в зерне пришла из ранних запасов — но перевозили его по‑разному

Изотопное отслеживание показало, что в обоих типах пшеницы большая часть азота, обнаруженного в зрелом зерне, изначально поступала из того, что растения поглотили до цветения. Более половины 15N, нанесённого до цветения, позднее восстанавливалось в зерне, по сравнению с примерно сорока до чуть менее пятидесяти процентами 15N, нанесённого после цветения. Однако YM66 оказался лучше как в поглощении меченого азота через листья, так и в его ремобилизации в зерна. До цветения большая часть отмеченного азота у YM66 переходила из листьев в стебли, а затем в зерно, тогда как у WM6 большая доля оставалась в вегетативных тканях. После цветения YM66 снова переносил большую часть вновь поглощённого азота в зерно, тогда как WM6 обычно удерживал его в листьях, особенно по мере их старения и утраты жизнеспособности.

Зеленые листья, более сильные посевы и лучшее использование удобрений

Эти различия в обращении с азотом дали ощутимые результаты. YM66 давал больше зерен в колосе, более тяжелые зерна, большую общую биомассу и более высокую долю биомассы, приходящуюся на зерно, по сравнению с WM6. Исследование показывает, что пшеница stay‑green более эффективно использует азот, сочетая сильное раннее поглощение, поддержание функции листьев и эффективный перенос запасённого азота в развивающееся зерно. Для фермеров и селекционеров это означает, что сорта с более длительным сохранением зеленых листьев — и способностью умело перемещать азот из листьев и стеблей в зерно — могут дать более высокие урожаи и лучшее содержание белка при том же количестве удобрений. Понимание и улучшение этой скрытой «азотной экономики» может помочь производить более питательную пшеницу и одновременно сокращать потери удобрений на полях.

Цитирование: Gong, YH., Zhu, YM., Li, T. et al. Foliar ¹⁵N-urea absorption and translocation in wheat with contrasting senescence patterns at late growth stage. Sci Rep 16, 7174 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39067-5

Ключевые слова: пшеница, эффективность использования азота, stay-green, фолiarное удобрение, белок зерна