Растения могут адаптироваться к росту в тени
Некоторые растения, включая большинство сельскохозяйственных культур, способны обнаруживать близость другой растительности, прогнозировать условия затенения и изменять свою структуру и рост, чтобы процветать при меньшем количестве света. Это подтвердила исследовательская группа из Института молекулярной и клеточной биологии растений (IBMCP) — совместного центра Политехнического университета Валенсии (UPV) и Испанского национального исследовательского совета (CSIC) — в сотрудничестве с Центром исследований сельскохозяйственной геномики (CRAG) в Барселоне. Исследователи установили, что снижение уровня фотосинтетических пигментов у растений — это механизм, позволяющий им адаптироваться к жизни с меньшим количеством света, заранее готовясь к возможному будущему в тени. Результаты опубликованы в журнале Plant Physiology.
Избегание тени: механизм опережающей адаптации
Растения используют солнечный свет для преобразования атмосферного CO2 в пищу посредством фотосинтеза, поэтому они часто конкурируют за этот ключевой источник энергии. В лесах или на полях с высокой плотностью посадки одни растения могут затенять другие. Эволюция снабдила растения механизмами для обнаружения близости потенциальных конкурентов за свет ещё до того, как те отбрасывают тень.
Для фотосинтеза растения поглощают определённые области спектра — синий и красный свет, — а дальний красный свет пропускают или отражают. Когда солнечный свет фильтруется через листву, он теряет синюю и красную составляющие (они поглощаются для фотосинтеза) и обогащается дальним красным светом. Эти изменения в качестве света служат для растений сигналом о близости соседей-конкурентов и запускают комплекс реакций, известный как синдром избегания тени (SAS).
Наиболее изученная реакция SAS — удлинение стебля, которое позволяет растению обогнать соседей в росте к свету. SAS также вызывает снижение уровня хлорофиллов и других фотосинтетических пигментов, но причина этой реакции до недавнего времени была неизвестна. Команда IBMCP и CRAG обнаружила, что падение уровня пигментов — часть механизма, адаптирующего фотосинтетический аппарат для работы с меньшим количеством света, то есть упреждающей подготовки к возможной тени.
Два типа стратегии: избегание и толерантность
Исследователи под руководством Хауме Мартинеса Гарсии и Мануэля Родригеса Консепсьона (CSIC, IBMCP) изучили реакцию на изменения качества и количества света у различных видов семейства Brassicaceae, которое включает важные культуры: капусту, цветную капусту, брокколи, рапс, редис, горчицу. Они разделили виды на две группы:
- Избегающие тени: лучше росли при высокой интенсивности света и значительно удлинялись, ощущая сигнал близости растительности.
- Толерантные к тени: почти не удлинялись при этом сигнале и лучше адаптировались к жизни при слабом освещении.
Было обнаружено, что у видов, избегающих тени, которые подвергались сигналу о близости растительности, а затем выращивались при слабом свете, фотосинтетическая эффективность была выше, чем у растений, не получавших предварительного сигнала. "Мы наблюдали, что это связано не только со снижением уровня фотосинтетических пигментов, но и с изменениями в экспрессии генов и структуре хлоропластов, связанных с фотосинтезом", — поясняет Мануэль Родригес. Мутантные растения, неспособные реагировать на сигнал близости других растений, и виды, толерантные к тени, такой адаптивной реакции не проявляли.
Практическое применение для сельского хозяйства
Большинство потребляемых нами культур — это светолюбивые виды, избегающие тени. Поэтому понимание их реакции на сигналы близости даёт ценную информацию для оптимизации их роста устойчивым способом. По словам Хауме Мартинеса, "воздействие светом, имитирующим сигнал близости растений, может повысить урожайность тепличных культур при выращивании их с меньшим количеством света, что позволит снизить затраты на электроэнергию".