Израильские ученые разработали метод, который позволяет в реальном времени отслеживать, как и на какой глубине корни пшеницы поглощают воду из почвы. Технология, сочетающая геофизическую томографию и машинное обучение, может ускорить селекцию засухоустойчивых культур, что критически важно для продовольственной безопасности в условиях изменения климата.
Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме применили электротомографию (ERT) – метод, который измеряет электропроводность грунта, зависящую от его влажности. Главной проблемой оставалась точная калибровка: перевод данных о сопротивлении в конкретные объемы воды. Вместо стандартных формул, неточных для неоднородной почвы, ученые использовали модель машинного обучения. Они обучили ее на сотнях одновременных замеров, сделанных томографом и независимыми датчиками влажности на глубине до полутора метров. Это позволило добиться высокой точности с погрешностью около 0,019 кубометра воды на кубометр почвы.
Эксперимент проводили на опытной ферме в Реховоте. На участке под мобильным навесом, защищающим от дождя, высадили три генотипа пшеницы с разной архитектурой корневой системы. С середины февраля ученые имитировали засуху, оставив растениям ограниченный запас влаги. В течение всего сезона они провели 44 сеанса сканирования, наблюдая, как разные сорта расходуют воду.
Результаты показали три принципиально разные стратегии выживания. Генотип WM-203 с широкими и густыми корнями действовал агрессивно – он с самого начала равномерно забирал воду со всех доступных глубин. Это позволило ему поддерживать фотосинтез в период налива зерна и дать самую высокую урожайность – 7 тонн с гектара.
Сорт WM-140 с узкими корнями играл вдолгую, экономя воду и полагаясь на влагу из глубоких слоев почвы (0,8 метра). Он резко увеличил водопотребление только в середине марта. Его урожайность составила 6,3 тонны с гектара, но результаты сильно варьировались, что указывает на рискованность такой стратегии. Третий генотип, IPLR-760, с широкими, но редкими корнями, показал хаотичное поведение, бессистемно переключаясь между верхними и нижними слоями. Несмотря на то что он потребил почти столько же воды, что и WM-140, его физиология не выдержала стресса, а урожайность упала до 1,5 тонны с гектара.
Главный вывод исследования – для урожайности важен не столько общий объем поглощенной воды, сколько стратегия ее потребления: своевременность, глубина и скоординированность. Открытие позволит селекционерам напрямую отбирать растения с наиболее эффективной корневой системой для засушливых регионов, ориентируясь не на косвенные признаки, а на реальные функциональные показатели.