«Ученые разработали метод измерения реакции растений на окружающую среду через устьица»

При каждой изменении погоды растение должно принять решение: оставить свои микроскопические отверстия, называемые устьицами, открытыми для поглощения углекислого газа и фотосинтеза, или закрыть их, чтобы сохранить воду. 

Растения могут открывать и закрывать устьица, регулируя давление в клетках устьиц. Это сложный механизм, который растения развили за миллионы лет эволюции.

Группа ученых из разных областей науки вместе с исследователями из Йельской школы окружающей среды разработала метод для измерения этих изменений давления. Они предложили новый подход, который позволяет измерять устьица у большего числа видов растений, что открывает новые возможности для исследований физиологии и эволюции растений, а также для повышения эффективности использования воды, говорят ученые.

«Почти все наземные растения используют этот механизм внутреннего давления для выполнения своих функций, однако до сих пор мы имели ограниченный доступ к измерениям этого процесса. Большая часть наших знаний о работе растений основана на измерениях всего нескольких видов», — сказал Крейг Бродерсен, профессор растительной экологии в Медицинском центре Дука и ведущий автор исследования.

Исследование ученых использовало метод для измерения устьиц мохообразных растений — самых древних растений на Земле. Таким образом, ученые надеются получить новые данные о том, как эволюционировали растения.

Традиционно ученые использовали хрупкую стеклянную трубку для прокалывания клеток и измерения изменений давления. Однако этот метод работал только с растениями, у которых клетки достаточно большие. В отличие от этого метода, у нового подхода ученые использовали модифицированную лазерную систему, которая ранее использовалась для исследования регенерации нервов у червей.

При помощи импульсов света с высокой энергией лазер создавал крошечные пузырьки, которые пропорционально давлению вокруг них. Ученые затем измеряли изменения давления, основываясь на том, какой размер имели пузырьки при разных уровнях освещенности. Метод был успешно протестирован на более чем 40 видах растений, включая те, у которых клетки слишком маленькие для предыдущих методов.

На фото: устьица мха Кипрея-минимус. Источник: Труды Национальной академии наук (2025). DOI: 10.1073/pnas.2419887122

Количественная оценка этих изменений поможет ученым понять, насколько быстро растения могут реагировать на изменения окружающей среды и открывать или закрывать устьица. Это важно, потому что от этого зависит баланс между поглощением углерода и сохранением воды растением.

«Эффективное использование воды — ключевая проблема в сельском хозяйстве. Этот метод является первым шагом в разработке сортов сельскохозяйственных культур, которые будут более эффективны в использовании воды и управлении орошением в условиях нехватки воды», — сказал Бродерсен.

Источник: Yale University.

Фотография: Медведева Анна, AgroXXI.ru.