Физику из Ноттингемского университета Флавиусу Паскуту и его команде пришлось прибегнуть к щадящей технике визуализации, благодаря которой ученые смогли в реальном времени наблюдать за тем, как пьют растения.
Основная проблема кроется в том, что попытка проследить процесс водообмена между тканями растения неизбежно повлечет за собой нарушение этого деликатного процесса — но исследователи нашли способ избежать этого
«Мы разработали способ, позволяющий наблюдать за этим процессом на уровне отдельных клеток», — пояснил электрофизиолог Ноттингемского университета Кевин Уэбб. «Мы можем не просто видеть воду внутри корня, но с точностью определить, где и как она движется».
Мало того, что вода сама по себе важна для растений, она также действует как средство транспортировки других питательных веществ, минералов и биомолекул по всем живым структурам. То, насколько эффективно растения могут перемещать драгоценную жидкость, может оказывать огромное влияние на их способность переносить суровые условия окружающей среды.
«Чтобы наблюдать поглощение воды живыми растениями, не повреждая их, мы применили чувствительную лазерную технику оптической микроскопии, чтобы неинвазивно отслеживать движение воды внутри живых корней», — пояснил Уэбб.
Этот метод настолько чувствителен, что может определять массу и ориентацию молекулярных связей. Это означает, что контраст можно обеспечить, используя молекулы, которые выделяются из своего окружения — в данном случае оксид дейтерия, известный как «тяжелая вода». Дейтерий — это изотоп водорода, у которого есть нейтрон, а также обычный одиночный протон обычного водорода, удваивающий его массу.
Хотя тяжелая вода имеет несколько другие свойства, она все еще достаточно похожа на обычную воду, чтобы в небольших количествах не влиять на физиологию растений.
Любопытно, что исследователи обнаружили всасывание воду только во внутренней части корней, где проходит ксилема, транспортирующая воду к тканям корня. Это свидетельствует о том, что при первоначальном всасывании вода не передается окружающим тканям на своем пути по корню.
Исследователи считают, что это означает, что внутри растения на самом деле две системы распределения воды и что вторая распространяет воду по внешним тканям.
Почему это так важно? Понимая тонкости физиологии растений, можно не только существенно увеличить урожайность (к примеру, за счет точечного контроля полива и удобрений), но и вывести сорта культур, более приспособленные к неблагоприятным условиям, от сильных морозов до долгой засухи.