Давление в устьицах растений: новый лазерный метод раскрывает механизмы водной эффективности

Растения постоянно принимают решения: держать микроскопические поры (устьица) открытыми для поглощения CO₂ и фотосинтеза или закрыть их для сохранения воды. Эта способность требует тонкой регуляции давления внутри замыкающих клеток устьиц — сложный механизм, развитый растениями за сотни миллионов лет.

Междисциплинарная команда из Йельской школы окружающей среды разработала метод наблюдения за этими изменениями давления. Новый подход, описанный в PNAS, значительно расширяет скорость измерений и количество изучаемых видов, открывая новые возможности для исследований эволюции и физиологии растений с приложениями для повышения водной эффективности.

"Почти каждое наземное растение использует этот принцип внутреннего давления для роста и размножения, но у нас ранее практически не было доступа к таким измерениям", — отметил ведущий автор Крейг Бродерсен.

Исследование впервые применило метод к устьицам бриофитов (мхов), что поможет понять эволюцию ранних растений Земли.

Традиционный vs. новый метод

• Традиционно: использовались хрупкие стеклянные микрокапилляры, которые легко ломаются. Метод трудоёмок и применим лишь к видам с крупными клетками.
• Новый метод: адаптированная лазерная система из исследований регенерации нервов. Короткий лазерный импульс испаряет жидкость в клетке, создавая микропузырьки. Их максимальный размер (измеряемый высокоскоростными камерами) пропорционален окружающему давлению.

Исследователи наблюдали, как меняется давление в ответ на изменение освещённости, по размеру пузырька. Метод успешно протестирован на более чем 40 видах растений, включая виды с ранее недоступными для изучения мелкими клетками.

Значение для науки и сельского хозяйства

Количественная оценка этих изменений поможет понять скорость открытия/закрытия устьиц, что определяет баланс между поглощением углерода и потерей воды. Водоэффективность — ключевой параметр для сельского хозяйства. Этот метод — важный шаг к созданию более засухоустойчивых сортов и оптимизации полива в условиях дефицита воды.

Команда продолжает совершенствовать метод для достижения измерений абсолютного давления.