Растения используют метод бурения почвы, похожий на промышленное бурение

Новости МирТесен

Международные биологи провели исследование, чтобы выяснить, как корням риса удается проникать сквозь уплотненный грунт. Ученые установили, что растение изменяет строение своих клеток: внутренние части корня размягчаются и увеличиваются в объеме, в то время как внешняя оболочка сохраняет свою жесткость. Данная особенность обеспечивает корень стабильностью и мощью, требуемыми для роста в тяжелых почвенных условиях.

Уплотнение почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой негативно влияет на рост растений. В плотных грунтах корням затруднительно проникать вглубь, что приводит к снижению урожайности. Ранее считалось, что в условиях плотного слоя корни перестают расти в длину и начинают утолщаться. Причиной этого служит этилен – газ, который накапливается возле кончика корня из-за недостаточной вентиляции в уплотненной земле. Однако до настоящего времени ученым оставалось неясным, каким образом этилен влияет на физические характеристики корня на клеточном уровне.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature, ученые разработали мутантные сорта риса, в которых изменены гены, контролирующие выработку целлюлозы и чувствительность к гормонам. Для изучения роста корневой системы в почвах различной плотности применяли рентгеновскую компьютерную томографию, а жесткость и толщину клеточных стенок определяли с помощью атомно-силовой микроскопии.

По имеющимся данным, важную роль в процессе адаптации играет белок OsARF1. Этилен стимулирует активность этого белка, который, в свою очередь, блокирует экспрессию генов, ответственных за синтез целлюлозы (CESA).

Подавление затрагивает только внутренние ткани корня, или кору. Недостаток целлюлозы приводит к тому, что стенки внутренних клеток истончаются и становятся более эластичными. Это вызывает расширение корня в поперечном направлении. При этом внешний слой клеток, эпидермис, не подвергается изменениям и сохраняет свою толщину и плотность.

Исследователи провели сопоставление произошедших модификаций корней с инженерными подходами к созданию трубопроводных систем. Комбинация твердой внешней структуры и сердцевины, увеличивающейся в объеме под воздействием давления, обеспечивает корню требуемую прочность на сжатие. Благодаря так называемому «эффекту трубы» исключается сплющивание или деформация корня, что позволяет ему функционировать как клин, разделяющий частицы почвы.

Растения способны изменять структуру своих тканей в ответ на внешние физические воздействия. Изучение взаимодействия этилена, белка OsARF1 и клеточной стенки предоставляет селекционерам возможность разработки новых сортов риса и других сельскохозяйственных культур. Это позволит создавать растения с более развитой корневой системой, способные обеспечивать высокий урожай даже на уплотненных почвах.