В плотоядных растениях обнаружен CAM-фотосинтез
Растения рода Pinguicula (жирянка) из Мексики, по-видимому, используют тот же тип фотосинтеза, экономящий воду, что и многие суккуленты, например, кактусы. Ботаники из SNSB и LMU Munich впервые продемонстрировали CAM-фотосинтез у плотоядных растений.
Результаты исследования опубликованы в журнале Plant Biology.
Жирянки процветают в сухих каменистых местообитаниях
Большинство плотоядных растений заселяют влажные, бедные питательными веществами местообитания, такие как болота. Одним из немногих исключений является род Pinguicula: более половины из примерно 110 известных в мире видов жирянок происходят из горных районов субтропической Мексики.
Там эти небольшие хищные растения растут на каменистых почвах, которые остаются очень сухими как минимум полгода. Некоторые виды делят свои местообитания с другими типичными «пустынными растениями», такими как кактусы, агавы и хехтии. Жирянки имеют так называемые липкие ловушки: их листья покрыты мелкими железистыми волосками, которые выделяют липкую, блестящую водную слизь.
До сих пор было неизвестно, как растения компенсируют нехватку воды в сухих местообитаниях и при этом имеют достаточно воды для производства липкой слизи.
Моделирование засухи для изучения адаптации
Команда исследователей из Botanische Staatssammlung München и Ботанического сада Мюнхен-Нимфенбург (SNSB), а также LMU Munich исследовала это на нескольких мексиканских суккулентных видах, культивируемых в оранжереях Ботанического сада.
Эксперименты проводил Йорис Флек в рамках своей магистерской работы в LMU Munich. Он перенес растения из их «зоны комфорта» в оранжерее в климатические камеры, где моделировались условия сухого сезона Мексики. Изучался фотосинтез растений в условиях теплового и засухоустойчивого стресса.
Результат оказался неожиданным: жирянки, по-видимому, адаптируют свой метаболизм к засухе. Они переключаются на так называемый CAM-фотосинтез (CAM = Crassulacean Acid Metabolism), известный у многих засухоустойчивых суккулентных растений.
CAM-фотосинтез помогает экономить воду
У этих растений устьица листьев остаются закрытыми в течение дня, поэтому CO2 не может поглощаться для фотосинтеза, но растения также не теряют воду путем испарения в жаркое дневное время. Устьица открываются только ночью, и растение «вдыхает» CO2, который запасается. В течение дня растение использует этот углеродный резерв, накопленный ночью.
«Мы не ожидали таких результатов. Ранее нам не был известен путь CAM-фотосинтеза у плотоядных растений, даже среди близких родственников семейства Lentibulariaceae, к которому принадлежат жирянки», — говорит руководитель исследования профессор Гудрун Кадерейт.
«Это увеличивает количество семейств растений, в которых CAM-фотосинтез развивался независимо, до 39».
Значение и будущие исследования
В свете изменения климата род Pinguicula может стать интересной группой для дальнейших исследований. Эти хищные растения эволюционировали от влаголюбивых болотных растений до засухоустойчивых видов.
«Пока нам удалось обнаружить CAM-фотосинтез только у видов жирянок из эволюционно молодых мексиканских линий секций Agnata и Orcheosanthus рода Pinguicula, но не у каких-либо других видов в пределах рода», — сообщает эксперт по хищным растениям д-р Андреас Фляйшманн.
«Виды жирянок, встречающиеся в Европейских Альпах на влажных почвах и в известняковых низинных болотах, не показывают признаков этого специализированного пути фотосинтеза в наших исследованиях».
Текущие результаты демонстрируют научную важность живых коллекций в ботанических садах, поскольку это исследование было бы невозможно без богатой коллекции культивируемых плотоядных растений в Ботаническом саду Мюнхен-Нимфенбург.