- Сообщения
- 7.810
- Реакции
- 10.570
Поскольку дыхание, как правило, непроизвольное, мы иногда забываем, насколько оно сложно. Но биологи получают новое представление о сложном процессе в растениях.
Приятного чтения...
Открыт механизм, с помощью которого растения контролируют "дыхание" CO2
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
, что имеет большое значение для того, как накормить мир в будущем.Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, финансируемые Национальным научным фондом США, вместе с коллегами из Эстонии и Финляндии обнаружили неуловимый молекулярный путь, который растения используют для управления своим «дыханием» углекислого газа. Исследователи надеются, что использование этого механизма может привести к будущей разработке эффективности использования воды растениями и потребления углерода, что имеет решающее значение, поскольку концентрация углекислого газа в атмосфере продолжает расти. Фактически, исследователи подали заявку на патент и изучают способы воплощения своих открытий в инструменты для селекционеров и фермеров.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Увеличенное изображение устьиц многих растений на листе Begonia rex cultorum. Ширина каждой стомы составляет около 80 мкм.
Растения поглощают углекислый газ и воду, а затем используют свет, чтобы превратить их в питательные вещества, необходимые им для роста. В ходе этого процесса также выделяется кислород, которым затем дышат люди и другие животные. Это основное резюме фотосинтеза. Но как именно это работает?
Процесс становится немного яснее на микроскопическом уровне. На нижней стороне листьев и в других местах, в зависимости от растения, есть крошечные отверстия, называемые устьицами — тысячи их на листе, в зависимости от вида растения. Подобно маленьким замковым воротам, пары клеток по бокам устьичной поры, известные как замыкающие клетки, открывают свою центральную пору, чтобы впитать углекислый газ. Однако, когда устьица открыты, внутренняя часть растения подвергается воздействию элементов, и вода из растения теряется в окружающий воздух, что может высушить растение. Следовательно, растения должны сбалансировать потребление углекислого газа с потерей водяного пара, контролируя, как долго устьица остаются открытыми.
«Реакция на изменения имеет решающее значение для роста растений и регулирует, насколько эффективно растение может использовать воду, что важно, поскольку мы наблюдаем усиление засухи и повышение температуры», — сказал Джулиан Шредер, председатель научно-исследовательского института Торри Меса в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Диего, который руководил новым исследованием.
По мере изменения климата повышается как концентрация углекислого газа в атмосфере, так и температура, что влияет на баланс между поступлением углекислого газа и испарением водяного пара через устьица. Если растения, особенно такие культуры, как пшеница, рис и кукуруза, не смогут установить новый баланс, они рискуют высохнуть, фермеры рискуют потерять ценную продукцию, а все больше людей во всем мире рискуют остаться голодными. Исследование, опубликованное в 2021 году при поддержке NSF, показало, что даже с учетом достижений в сельском хозяйстве мировая производительность сельского хозяйства за последние 60 лет по-прежнему на 21% ниже , чем она могла бы быть без изменения климата.
Ученые давно поняли устьица и баланс между потреблением углекислого газа и потерей воды. Чего они до сих пор не знали, так это того, как растения воспринимают углекислый газ, чтобы сигнализировать устьицам об открытии и закрытии в ответ на изменение уровня углекислого газа. Знание этого теперь позволит исследователям редактировать эти сигналы, чтобы растения могли найти правильный баланс между поглощением углекислого газа и потерей воды, и позволит ученым и селекционерам выращивать культуры, достаточно устойчивые для окружающей среды будущего.
Исследователи идентифицировали ряд белков, которые работают как цепочка солдат, определяющих уровень углекислого газа и кричащих «ЗАКРОЙ ВОРОТА!». чтобы замыкающие клетки расслабились и закрыли устьица.
«Обнаружение того, что датчик CO2 в растениях состоит из двух белков, было поучительным и может быть причиной того, что механизм не был идентифицирован до сих пор», — сказал Шредер. «Поддержка NSF за последние два десятилетия имела решающее значение для обнаружения этого неуловимого пути».
«Эта работа является прекрасным примером исследования, основанного на любопытстве, которое объединяет несколько дисциплин — от генетики до моделирования и системной биологии — и приводит к новым знаниям, способным помочь обществу, в данном случае путем создания более устойчивых культур», — сказал Мэтью. Бюхнер, программный директор Управления биологических наук NSF.
В среде с низким содержанием углекислого газа, когда растению необходимо держать устьица открытыми дольше, чтобы получить количество, необходимое для фотосинтеза, белок, известный как HT1, активирует фермент, который заставляет замыкающие клетки набухать, удерживая устьица открытыми.
Когда растение ощущает повышенный уровень углекислого газа, второй белок блокирует первый, чтобы устьица были закрытыми. Если устьица закрываются до того, как растение получает достаточно ресурсов для фотосинтеза, сельскохозяйственная урожайность может быть ниже или вообще погибнуть полностью.
Сильно увеличенное изображение одиночного устьица на листе лодочки (Tradescantia spathacea).
Стома открывается и закрывается в ответ на изменение уровня углекислого газа и влажности.
«Определение того, как растения контролируют свои устьица при изменении уровня CO2, открывает новые возможности для новых направлений исследований и возможностей для решения социальных проблем», — сказал Ричард Сир, директор программы NSF, изучавший биологию клеток растений до прихода в агентство.Стома открывается и закрывается в ответ на изменение уровня углекислого газа и влажности.
Изображения: Дуглас Кларк
Спасибо, что дочитали.
Если вы хотите подписаться на обновления статей в разделе,
то напишите об этом в комментариях или подпишитесь на
Neural Network или Aintelligence
Если вы хотите подписаться на обновления статей в разделе,
то напишите об этом в комментариях или подпишитесь на
Neural Network или Aintelligence
Чтобы задать вопрос, предложить тему для публикации или высказать свое мнение,
то для этого создана тема
Высказывайте своё мнение и комментируйте, ваша позиция и оценка — очень важна для нас.
то для этого создана тема
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
Высказывайте своё мнение и комментируйте, ваша позиция и оценка — очень важна для нас.
Если вы хотите живого общения с другими членами сообщества,
и при этом получить возможность выиграть криптовалюту на свой кошелёк приглашаем вас в
Тема создана для свободного интеллектуального общения на любые темы!
и при этом получить возможность выиграть криптовалюту на свой кошелёк приглашаем вас в
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
Тема создана для свободного интеллектуального общения на любые темы!
Наш телеграм канал
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
и
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
Последнее редактирование:
