Исследователь подтвердил 86-летнюю гипотезу

Биолог из Университета штата Вашингтон (WSU) нашёл «очень убедительные доказательства» для 86-летней гипотезы о движении питательных веществ в растениях. Его 20-летний анализ этого явления привёл к созданию набора методов, которые в конечном итоге можно использовать для борьбы с болезнями растений и повышения эффективности сельскохозяйственных культур.

Около 90% потребляемой нами пищи в какой-то момент проходят через флоэму растения — сосудистую систему, которая переносит сахара и другие питательные вещества от листьев (где они производятся в процессе фотосинтеза) к корням и плодам. Но учёные знают об этом процессе так мало, что подобны кардиологам, не изучившим сердце, — говорит Майкл Кноблаух, профессор Школы биологических наук WSU.

Проблема старой гипотезы

Фундаментальный принцип транспорта во флоэме был опубликован Эрнстом Мюнхом в 1930 году. Его гипотеза интуитивна и элегантна, но, по-видимому, не объясняет экстремального давления, необходимого для перемещения жидкости в таком крупном объекте, как дерево. Мюнх оставил это другим для решения.

20 лет технических решений

Чтобы получить результат, опубликованный в журнале eLife, Кноблаух потратил более 20 лет на разработку способов заглянуть внужи живого растения, не нарушая процессы, которые он пытался измерить и описать.

Он использовал:

• Измерение скорости потока с помощью флуоресцентных красителей и радиоактивных изотопов.
• Разработанный совместно с сыном Яном (вторым автором статьи и студентом WSU) «пикогейдж» для измерения сверхчувствительного давления во флоэме.
• Исследование различных растений: томатов, конских бобов, водорослей у побережья Британской Колумбии и красного дуба в Гарвардском лесу (Массачусетс).
• Измерение с помощью микроскопов (он руководит Центром микроскопии и визуализации Франчески в WSU) не только окружности стеблей, но и отверстий в ситовидных пластинках, разделяющих вытянутые клетки флоэмы.

Геометрия клеток была особенно критична, поскольку изменение диаметра трубки или отверстия на порядок величины приводит к изменению объёма, доставляемого к корням или плодам, на четыре порядка.

Для исследования в eLife он провёл примерно по 100 000 измерений на каждом из трёх растений ипомеи, выращенных у пятиэтажного здания Abelson Hall в WSU.

Практическое значение

Помимо подтверждения давней гипотезы, работа Кноблауха может помочь найти новые способы защиты растений (например, от тлей или вирусов, использующих флоэму) и сделать энергию в биотопливе более доступной для концентрации и извлечения.