Дыхание растений сняли на видео
Жизнь растений может показаться скучной по сравнению с бурной активностью животных. Однако на деле она полна увлекательных и сложных процессов — надо лишь приложить чуть больше усилий, чтобы их разглядеть.
Одно из таких проявлений — динамичное открытие и закрытие миллионов крошечных устьиц, через которые растения «дышат», то есть поглощают углекислый газ для фотосинтеза — ценой потери живительной влаги.
Если устьица раскроются в неподходящий момент, растение рискует испарить слишком много H2O, что может привести к катастрофическому обезвоживанию. Поэтому динамика управления устьицами в зависимости от освещенности и влажности окружающей среды четко отработана за миллионы лет эволюции. Работа устьиц регулируется изменениями давления внутри их клеток.
В Йельской школе окружающей среды разработали новаторский метод наблюдения за этими изменениями. Подробностями нового подхода ученые поделились на страницах PNAS.
«Почти каждое наземное растение использует этот принцип внутреннего давления для роста, размножения и выполнения всех своих функций, но до сих пор у нас практически не было возможности измерить этот параметр. Поэтому многие фундаментальные теории о работе растений основаны на крайне ограниченном наборе измерений всего для нескольких видов», — пояснил профессор физиологической экологии растений Крейг Бродерсен.
Лазер вместо трубок
Традиционно для измерения изменений давления, механически открывающих и закрывающих устьица, ученые прокалывали клетки стеклянной трубкой толщиной в доли миллиметра. Такие трубки легко ломаются, а трудоемкий метод работает только для видов с крупными клетками.
Новый подход использует лазерную систему, подобную той, что применили в Йельской школе медицины для изучения регенерации нервов у червей. Короткий импульс световой энергии испаряет жидкость внутри клетки, создавая микроскопические пузырьки. Хотя пузырьки исчезают за доли секунды, их максимальный размер можно измерить с помощью высокоскоростных камер. Размер пузырька пропорционален давлению в клетке, что позволяет отслеживать его изменения в зависимости от освещенности.
Метод успешно протестирован на более чем 40 видах растений, включая те, чьи клетки слишком малы для традиционных измерений.
Значение для сельского хозяйства
Количественная оценка этих изменений поможет ученым понять, насколько быстро устьица могут открываться и закрываться, что в конечном итоге определяет баланс между поглощением углерода и потерей воды. Эффективность использования воды — ключевой параметр в сельском хозяйстве.
«Эти инструменты — важный первый шаг в создании более засухоустойчивых сортов культур и оптимизации орошения в условиях дефицита воды», — подчеркнул Бродерсен.
