Дихання рослин: учені розробили нову технологію, яка оптимізує врожаї

Нещодавно вчені створили нову технологію, що дозволяє спостерігати «дихання» рослин у прямому ефірі за високої роздільної здатності, одночасно фіксуючи, скільки вуглецю та води обмінюється з повітрям.

У дослідженні зазначається, що цей прорив сприятиме відкриттю нових культур, котрі швидше ростимуть, витрачатимуть менше води та будуть більш адаптованими до посухи.

Загалом рослини отримують повітря через мікроскопічні отвори на листках, які називаються продихами. Вони працюють як регульовані клапани, пропускаючи вуглекислий газ для фотосинтезу та одночасно дозволяючи воді випаровуватися у повітря. Однак відстежити цей процес було неможливо до недавнього часу.

Дослідники з Університету Іллінойсу створили унікальну систему Stomata In-Sight, яка долає обмеження попередніх методів. Така система дозволяє одночасно спостерігати за мікрорухами продихів та вимірювати обмін газами між листком і атмосферою у точно контрольованих умовах.

Ці продихи мають вплив і на врожай, відіграючи ключову роль у всьому сільському господарстві, адже коли вони відкриті, то рослина вибирає CO₂, необхідний для росту, однак через це також втрачається волога.

«Кількість продихів і спосіб їхньої роботи напряму впливає на ефективність використання води. Знання цього процесу — основа для створення стійких до посух культур, що споживають менше води, стабільних у виробництві харчів, біопалива та біопродуктів»,— зазначається у дослідженні.

Попередні методи дослідження були обмеженими через низку причин. Зокрема, раніше вчені були змушені обирати: або бачити продихи, або вимірювати їхню роботу, відслідковувати одночасно ці два процеси було неможливо. Також раніше використовувалися зліпки листя (як стоматологічні форми), але вони давали лише статичний знімок, а звичайні мікроскопи не давали змоги контролювати середовище (світло, вологу, температуру, CO₂).

А продихи дуже чутливі до зовнішніх змін, тому такі методи не відображали реальної динаміки.

Система Stomata In-Sight значно відрізняється від попередників, адже включає три основні переваги.

Перша з них — конфокальна мікроскопія в реальному часі, що, власне, дозволяє лазерно візуалізувати живі клітини без ушкодження тканини.
Наступною перевагою є вимірювання газообміну листя, таким чином високоточні прилади фіксують, скільки CO₂ поглинається і скільки води випаровується.
Наостанок — кероване середовище за допомогою камери, в якій можна змінювати світло, температуру, вологість і CO₂ як у природі.

«Разом це створює вікно в «живий листок», де в реальному часі видно реакцію рослини на зміну умов. Це важливо, оскільки завдяки цій технології вчені зможуть виявити фізичні й хімічні сигнали, які змушують продихи відкриватися чи закриватися та зрозуміти, як густота продихів впливає на ефективність рослини», — йдеться у дослідженні.

Так, підвищення водної ефективності дорівнює збільшенню шансів для врожаю в умовах спеки й посухи.