Исследователи из Университета штата Вашингтон сделали важный шаг в этом направлении, открыв способ, которым питательные вещества растения попадают из листьев, где они производятся посредством фотосинтеза, в «раковины», которые могут включать в себя фрукты и семена, которые мы едим, и ветви, для которых мы перерабатываем. биотопливо. Исследователи обнаружили уникальную и важную структуру, в которой выгружаются питательные вещества, что дает науке новый фокус в усилиях по повышению эффективности и продуктивности растений.«Если вы можете увеличить прочность погружения на 5 процентов и получить на 5 процентов больше продукции, вы будете иметь дело с многомиллиардным рынком», — сказал Майкл Кноблаух, профессор Школы биологических наук WSU.
Определение места попадания питательных веществВ прошлом году Кноблаух завершил два десятилетия работы над внутренним устройством растений, опубликовав в журнале eLife самую убедительную поддержку 86-летней гипотезы о том, как питательные вещества проходят через растения. Текущее исследование, также опубликованное в eLife, расширяет этот вопрос, рассматривая, где и как попадают питательные вещества.«Мы едим в основном фрукты, коренья и семена, злаки и так далее», — сказал Кноблаух. «И все это не в месте фотосинтеза.
Оно в месте разгрузки. Таким образом, весь сахар и все, что создается в результате фотосинтеза, в основном перемещается в эти так называемые приемники.
«Механизм разгрузки — очень важный шаг, потому что он определяет, сколько получит конкретная раковина», — сказал он. «Таким образом, если мы можем изменить так называемую силу поглощения, мы можем в основном изменить то, какой фрукт или корень получают больше».Видео показывают выгруженные питательные веществаНоблаух, тогда докторант Тимоти Росс-Эллиотт и другие исследователи из WSU, Дании, Соединенного Королевства и Делавэра проанализировали арабидопсис, горчичное растение и модельный организм, используя неинвазивную визуализацию, трехмерную электронную микроскопию и математическое моделирование.
Они создали серию замечательных видеороликов, демонстрирующих растущие корни и растворенные вещества с флуоресцентной меткой, а также большие молекулы, движущиеся через флоэму, ткань, которая транспортирует растительный сахар, и их разгрузка в соседние клетки.Они обнаружили, что флоэма разгружается за счет конвекции, сочетания диффузии, перемещения растворенного вещества сахара из областей с высокой концентрацией в области с низкой и объемного потока, в котором переносятся как растворенное вещество, так и раствор.
Этому процессу способствуют плазмодесмы, поры, соединяющие соседние клетки.Они также впервые увидели уникальные структуры, получившие название «воронкообразные плазмодесматы». Их диаметр составляет всего 300 нанометров — 3/10 000-х миллиметра и длина волны ультрафиолетового света. Несмотря на свой размер, воронкообразные поры имеют сопротивление потоку, составляющее 1/400 от сопротивления обычной поры, и могут выделять большие белки дискретными импульсами, что исследователи называют «периодической разгрузкой».
Ориентация на раковины для сбора большего количества питательных веществПо словам Кноблауха, их глубокое знание кровеносной системы растения дает исследователям новое представление о том, какие структуры могут быть нацелены на повышение способности плода или корня извлекать питательные вещества.«Это красивая, элегантная система», — сказал он. "Чем больше вы вытаскиваете, тем больше получаете.
Так что, если мы сможем увеличить силу поглощения определенной интересующей раковины, тогда мы сможем привлечь в эту раковину больше представляющих интерес питательных веществ. Если мы хотим сделать плод помидора более сильное поглощение за счет изменения разгрузки флоэмы, мы потребляем больше питательных веществ в плодах и производим больше фруктовых продуктов ».