Регулирование морфогенеза женского початка кукурузы при помощи униконазола и 5-аминолевулиновой кислоты для повышения урожайности

Почему початки кукурузы важны для продовольствия

Для фермеров и потребителей форма развития початка кукурузы может означать разницу между обильным урожаем и разочаровывающим результатом. В этом исследовании изучается, могут ли своевременно нанесённые распыления двух регуляторов роста тонко изменить женский початок — изменить его длину, толщину и число зерен — и тем самым помочь получить больше зерна без увеличения посевных площадей или усиленной заправки удобрениями.

Два разных помощника для кукурузного растения

Авторы сосредоточились на двух широко используемых препаратах, которые действуют на рост растений противоположными путями. Униконазол (UCZ) — ретардант роста: он замедляет вертикальное удлинение и часто применяется для уплотнения стеблей. 5-аминолевулиновая кислота (ALA) — мягкий стимулятор роста, поддерживающий фотосинтез и развитие органов. В полевых испытаниях на северо-востоке Китая команда опрыскивала эти соединения на двух популярных гибридах кукурузы на определённой стадии — при 12 листьях, незадолго до цветения — и затем отслеживала, как менялись форма початка, его внутренняя химия и конечная урожайность.

Как лечением менялась форма початка

Тщательные измерения с периода до выхода рылец и в течение двух недель после показали, что UCZ и ALA формировали у кукурузы разные «телосложения» початков. UCZ укорачивал початки, но делал их заметно толще, увеличивая диаметр початка и ободы. ALA, напротив, удлинял початки, давая более длинные ободы без значительных изменений в толщине. Эти сдвиги формы приводили к разным способам компоновки зерен: UCZ прежде всего увеличивал число рядов зерен вокруг обода, тогда как ALA в основном увеличивал число зерен вдоль каждого ряда. В обоих случаях общее число зерен на початке росло, как и масса початка.

Скрытые изменения гормонов и запасов энергии

За видимыми различиями стояло скоординированное перераспределение внутренних сигналов и запасов топлива растения. UCZ снижал уровни стимулирующих рост гормонов ауксина и гиббереллина, которые способствуют удлинению, и повышал уровень абсцизовой кислоты, обычно замедляющей рост. Одновременно он значительно повышал гормон типа цитокинина, связанный с делением клеток, особенно в ободе, что коррелировало с большим радиальным расширением. ALA смещал гормональный баланс в обратную сторону: повышал ауксин и гиббереллин и снижал абсцизовую кислоту, что способствовало продольному росту початка, при этом также повышая уровень цитокинина. Оба препарата обогащали початки простыми сахарами и другими неструктурными углеводами, которые служат энергией и строительными блоками для быстрорастущих тканей.

Формирование опорной структуры обода и его подпитка

Команда также изучала опорный каркас обода — клетчатку, гемицеллюлозу и лигнин — а также крахмал и сахара, которые перемещаются через него. Структурные углеводы были положительно связаны с размером початка и толщиной обода. UCZ, как правило, увеличивал содержание этих материалов, укрепляя обод и способствуя его большему диаметру. ALA иногда снижал их концентрацию на отдельных стадиях, вероятно потому, что он ускорял удлинение обода быстрее, чем каркас успевал утолщаться, что фактически разбавляло структурное содержание на единицу длины. Между тем оба регулятора повышали содержание крахмала, сахарозы и растворимых сахаров в початке. На ранних стадиях крахмал накапливался; позже, по мере наполнения початков и развития зерен, большая часть крахмала расщеплялась на сахара, питая быстрый рост и формирование зерен.

Что это означает для полевой урожайности

За два вегетационных сезона и UCZ, и ALA увеличивали урожайность зерна кукурузы примерно на 7–14 процентов по сравнению с необработанными растениями, без необходимости расширять посевные площади или увеличивать расход семян. UCZ добивался этого за счёт формирования более коротких, более толстых початков с большим числом рядов зерен, тогда как ALA давал более длинные початки с большим числом зерен в каждом ряду. Проще говоря, исследование показывает, что продуманная модуляция собственных сигналов роста растения может направленно изменять форму початка в разные стороны, каждая из которых приводит к увеличению числа зерен и массы початка. Эти контрастные пути дают фермерам и агротехнологам более точный инструмент для подбора регуляторов роста под местные условия и сорта, что потенциально повышает производство продовольствия при контролируемом использовании ресурсов.

Цитирование: Xu, L., Wang, H., Huang, X. et al. Regulating female ear morphogenesis in maize by uniconazole and 5-aminolevulinic acid for yield improvement. Sci Rep 16, 13848 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41685-y

Ключевые слова: урожайность кукурузы, развитие початка, регуляторы роста растений, уніконозол, 5-аминолевулиновая кислота