Ученые из Нанкинского сельскохозяйственного университета в Китае разработали метод, который позволяет без разрушения образца визуализировать и количественно оценить внутреннюю структуру зерен кукурузы. Результаты исследования, опубликованные в журнале Plant Methods, могут изменить подходы к оценке качества одной из важнейших мировых зерновых культур.
В центре внимания исследователей оказались пустоты в эндосперме – крахмалистой части зерна. Давно предполагалось, что эти заполненные воздухом полости влияют на плотность, твердость и другие качественные характеристики зерна, однако их было трудно изучать. Традиционный метод анализа – послойные срезы – разрушает образец и не дает полного представления о трехмерной структуре.
Китайские исследователи применили рентгеновскую микрокомпьютерную томографию, чтобы построить точную 3D-модель внутреннего устройства зерна. Технология позволила впервые систематизировать данные о полостях у разных сортов кукурузы. Оказалось, что пустоты формируют организованную структуру и делятся на два типа. Первый – полости, расположенные конусом вокруг зародыша. Второй – пустоты в форме лодочки, которые находятся в мучнистой части эндосперма на верхушке зерна. На полости первого типа приходится основная часть воздушного объема внутри зерна – их объем примерно в пять раз превышает объем полостей второго типа.
Анализ показал, что общая пористость зерна варьируется у разных сортов от 0,4% до 3,3%, что указывает на наследуемость этого признака. Также обнаружилась прямая корреляция между размером полостей и объемом и толщиной самого зерна. Это может означать, что селекционеры, отбирая более крупные зерна, косвенно влияли и на их внутреннюю архитектуру.
Новый метод позволит аграриям и ученым напрямую проверять, как внутреннее строение зерна влияет на его устойчивость к растрескиванию, помольные качества и уязвимость для вредителей и грибков. Технология открывает возможность для так называемой цифровой фетотипизации: селекционные центры смогут массово проверять генотипы на предмет внутреннего строения, не разрушая ценные образцы, и ускорить выведение новых сортов с нужными характеристиками.
Кукурузу выращивают более чем на 190 млн гектаров по всему миру, она играет центральную роль в производстве продовольствия, кормов и биотоплива. Поэтому даже небольшое улучшение методов оценки качества зерна может принести существенный экономический эффект. Технология 3D-сканирования может стать стандартным инструментом в селекции и повышении качества урожая.