A tudósok új módszert dolgoztak ki a növények légzésének élőben és nagy felbontásban történő megfigyelésére, miközben pontosan nyomon követik, hogy mennyi szén-dioxidot vesznek fel, és mennyi vizet párologtatnak el. Az áttörés segíthet erősebb és szárazságtűrőbb növények kifejlesztésében.

A tudósok régóta tudják, hogy a növények a leveleiken található apró nyílásokon, a gázcserenyílásokon keresztül veszik fel a levegőt. Ezek a mikroszkopikus pórusok állítható szelepekként működnek, lehetővé téve a szén-dioxid bejutását a levélbe a fotoszintézishez, miközben a vízgőz távozik a levegőbe. Eddig rendkívül nehéz volt pontosan nyomon követni ezt az egyensúlyozási folyamatot. Az Illinois-i Egyetem, Urbana-Champaign kutatói most egy új, hatékony rendszert hoztak létre, amely ezt lehetővé teszi. 

A Plant Physiology folyóiratban megjelent tanulmányukban bemutatják a „Stomata In-Sight” nevű eszközt. Ez a növénytudomány egyik jelentős akadályát küszöböli ki azáltal, hogy lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megfigyeljék a sztómák apró mozgását, miközben azt is mérik, hogy a levél mennyi gázt cserél a légkörrel gondosan ellenőrzött körülmények között.

Miért fontosak a gázcserenyílások a növények és a vízhasználat szempontjából?

A gázcserenyílások központi szerepet játszanak a mezőgazdaságban világszerte. Amikor ezek a pórusok megnyílnak, a növények elnyelik a növekedésükhöz szükséges szenet. Ez a folyamat azonban vízveszteséghez is vezet. E miatt a kompromisszum miatt a levélen lévő gázcserenyílások száma, valamint azok nyílásának és záródásának módja közvetlenül befolyásolja, hogy egy növény milyen hatékonyan használja fel a vizet.

Ennek a folyamatnak a megértése elengedhetetlen olyan növények kifejlesztéséhez, amelyeket kevesebb vízfelhasználással lehet termeszteni, és amelyek így is megbízhatóan termelnek élelmiszert vagy bioüzemanyagot, különösen az aszály sújtotta régiókban. Ahogy a kutatócsoport kifejtette: „Hagyományosan a gázcserenyílások megfigyelése és a működésük mérése között kellett választanunk.”

A korábbi megközelítések gyakran levéllenyomatok készítésére támaszkodtak, amelyek csak egy kimerevített pillanatot mutatnak az időben. Más módszerek hagyományos mikroszkópokat használtak, amelyekkel ugyan meg lehetett vizsgálni a levelet, de nem volt kontroll a környező környezet felett. Ez a korlátozás azért fontos, mert a gázcserenyílások gyorsan reagálnak a fény, a hőmérséklet, a páratartalom és a szén-dioxid-szint változásaira.

öntözés

Lehetséges kevesebb vízfelhasználással több élelmiszernövényt termelni? – Fotó: Shutterstock

Ablak az élő levélre

Az új „Stomata In-Sight” rendszer három fejlett technológiát egyesít:

• élő konfokális mikroszkópia: ez a lézeralapú képalkotó módszer éles, háromdimenziós képeket készít élő növényi sejtekről anélkül, hogy a szövetbe vágna.
• levélgázmérés: a rendkívül érzékeny műszerek pontosan nyomon követik, hogy mennyi CO2-t abszorbeál a levél, és mennyi vízgőzt bocsát ki.
• környezetszabályozás: egy speciális kamra lehetővé teszi a kutatók számára, hogy pontosan beállítsák a fényt, a hőmérsékletet, a páratartalmat és a szén-dioxidot a valós termesztési körülmények szimulálásához.

Ezen eszközök kombinálásával a tudósok közvetlenül megfigyelhetik, hogyan viselkednek a gázcserenyílások a környezeti feltételek változásával, valós idejű képet adva a növények reakcióiról, ami korábban nem volt lehetséges.

Miért fontos ez az áttörés?

A növények működésének ez a részletes vizsgálata átalakíthatja a növények nemesítésének módját. Azzal, hogy meghatározzuk azokat a fizikai és kémiai jeleket, amelyek jelzik a gázcserenyílások kinyílásának vagy bezárásának időpontját, és megértjük, hogy a gázcserenyílások sűrűsége hogyan befolyásolja ezt a viselkedést, a kutatók azonosíthatják az „okosabb” – a vizet a leghatékonyabban használó – növényekhez kapcsolódó genetikai tulajdonságokat.

Ez különösen fontos, mivel a vízellátás a mezőgazdasági termelés legnagyobb környezeti korlátja. A vízfelhasználás hatékonyságának javítása segíthet a növényeknek ellenállni a növekvő hőségnek és aszálynak.

Forrás: sciencedaily.com