Изменения климата влияют на пшеницу: меняется состав белков и качество хлеба падает

Когда речь идёт о воздействии изменения климата на сельское хозяйство, чаще всего вспоминают засуху, волны жары и экстремальные погодные явления, которые могут повредить урожай. Но существует и другой, менее заметный аспект, напрямую затрагивающий качество пищи: увеличение концентрации двуокиси углерода в атмосфере может менять характеристики культур, из которых мы получаем нашу пищу.

По данным исследователей Института Лайбниц по биологическим системам питания при Техническом университете Мюнхена, глобальная концентрация CO₂ возросла с примерно 340 частей на миллион (ppm) в 1980 году до примерно 425 ppm в 2024 году. Если выбросы продолжат расти, к 2050 году она может приблизиться к 600 ppm.

И пшеница, одна из важнейших продовольственных культур мира, будет вынуждена адаптироваться к условиям атмосферы, отличным от нынешних. Но что происходит с её характеристиками, когда её выращивают в среде с более высоким содержанием двуокиси углерода?

Чтобы глубже исследовать вопрос, международная группа учёных изучила десять сортов озимой мягкой пшеницы, выращенных в поле. Часть растений подверглась воздействию CO₂ концентрации 546 ppm, тогда как остальные росли при концентрации около 450 ppm, что соответствовало базовым условиям эксперимента.

После уборки учёные проанализировали белковый состав зерна с помощью высокоточных лабораторных методов, сосредоточив внимание на белках глютена, пуороииндолинах и ингибиторах амилазы/ tripsina, а также на некоторых пептидах, вовлечённых в иммунный ответ, связанный с целиакией.

Меньше белков глютена и более низкое качество выпечки

Одна из наиболее существенных находок касается именно глютена, совокупности белков, которая обеспечивает эластичность и структуру теста, позволяя хлебу подниматься во время брожения.

При более высокой концентрации CO₂ количество 21 исследованного белка глютена в среднем снизилось на 18,7%. Также общий белковый состав зерна оказался ниже, снизившись в среднем на 4,7%.

Эти изменения не остались пустыми словами. Испытания по выпечке показали ухудшение качества теста: объём хлеба снизился в среднем на 4,1%, а объём осадочного теста, параметра, используемого для оценки технологического качества белков пшеницы, уменьшился на 11,7%.

Иными словами, более высокая концентрация CO₂ может усложнить получение муки с теми же свойствами выпечки, к которым мы привыкли. Это не означает, что весь хлеб будущего будет хуже, но состав исходной пшеницы может измениться, что повлечёт за собой последствия для её технологических характеристик.

Увеличение некоторых белков, связанных с чувствительностью к пшенице

Исследование также выявило ещё одно изменение, требующее внимания. При более высоких уровнях двуокиси углерода в среднем выросли на 5,7% ингибиторы амилазы/трipsина, известные под аббревиатурой ATI.

Это белки, которые пшеница естественным образом вырабатывает как защитный механизм против организмов, питающихся растением. Однако их рассматривают также как возможный фактор, связанный с аллергиями на пшеницу и непереносимостью глютена без целиакии — состоянием, при котором некоторые люди жалуются на нарушения после употребления продуктов из пшеницы, не получив диагноз целиакии.

Учёные также зафиксировали снижение уровня пуорииндолинов, белков, которые способствуют определению твёрдости зерна и влияют на характеристики переработки муки.

Состояние, таким образом, довольно сложное: рост CO₂ не меняет все белки в одном направлении, но приводит к иной композиции зерна, что может повлечь за собой как технологические свойства, так и связанные с переносимостью глютена последствия.

Что меняется для людей, страдающих целиакией? Среди наиболее интересных аспектов исследования — снижение некоторых пептидов, активных в целиакии. Это короткие фрагменты белков, которые могут образоваться во время переваривания глютена и которые, у людей с генетической предрасположенностью, могут активировать иммунный ответ, вызывающий болезнь.

Их концентрация оказалась ниже в образцах, выращенных с большим содержанием CO₂. Однако было бы неверно трактовать этот факт как доказательство того, что будущая пшеница будет более подходящей для людей с целиакией или что её можно будет употреблять без риска тем, кому нужно избегать глютена.

Исследование действительно анализировало лишь часть из этих пептидов и не проводило иммунологических тестов или испытаний на людях. Более того, в рамках того же эксперимента наблюдалось увеличение ингибиторов амилазы/трипсина, которые потенциально вовлечены в другие расстройства, связанные с потреблением пшеницы.

Как подчёркивает Катхарина Шерф, руководитель группы по химии биополимеров пищевых продуктов Института Леибниц, наблюдаемые изменения могут иметь значение и для заболеваний, связанных с потреблением пшеницы, однако потребуются дополнительные исследования, чтобы понять их реальный биологический и иммунологический смысл.

Не все сорта пшеницы реагируют одинаково

Выявлен ещё один важный аспект эксперимента: реакция на повышение CO₂ сильно зависит от конкретного сорта. Десять рассмотренных сортов не реагировали одинаково. У девяти из них общий белковый состав зерна снизился, варьируя от 1,9% до 10,3%. Один сорт, Hyvega, напротив, показал рост на 2,7%.

Если учитывать и остальные белковые характеристики, некоторые сорта оказались более чувствительны к новым условиям по сравнению с другими. Например, Apostel и KWS Emerick показали относительно более стабильный ответ, в то время как Asory, Campesino, LG Initial и Moschus продемонстрировали более заметные изменения.

Эти различия могут стать важными для будущего сельского хозяйства. По словам исследователей, отбор сортов для возделывания должен стремиться не только к получению обильных урожаев, но и к сохранению важных качественных характеристик, таких как хорошая белковая композиция и высокое качество выпечки.

Будущее пшеницы

Исследование дополняет картину понимания эффекта климатических изменений на наше питание. Необходимо не только задаваться вопросом, сколько пшеницы мы сможем произвести в атмосфере, которая становится всё богаче CO₂, но и размышлять о том, какое будет качество той пшеницы, которую мы будем есть.

Разумеется, результаты следует трактовать осторожно. Эксперимент проводился на одном участке и за один сезон выращивания: понадобятся дополнительные испытания в разных местах и при разных климатических условиях, чтобы проверить, повторятся ли те же изменения в масштабах.

Важно то, что из этого следует: адаптация сельского хозяйства к климатическому кризису требует не только поиска урожайных культур, но и сохранения их пищевой и технологической ценности в новых условиях окружающей среды. Потому что будущее пшеницы будет измеряться не только в тоннах собранного урожая, но и в качестве муки и хлеба, которые мы сможем получить.

Источники: Leibniz Institute for Food Systems Biology / PubMed