Что ограничивает способность растений извлекать воду из сухой почвы?
Исследователи из Калифорнийского государственного университета в Фуллертоне под руководством биолога растений Х. Йохена Шенка выяснили, почему растения не могут функционировать в самых сухих почвах. Исследование поддержано Национальным научным фондом (NSF).
Ключевое открытие: Предел способности растений создавать всасывание для забора воды из сухой почвы связан с разрывом липидных бислоев в ксилеме — гидравлической системе растения.
Как это работает:
- Растения всасывают воду через ксилему за счёт отрицательного давления (всасывания).
- Некоторые растения, например, Ceanothus crassifolius (серебролистный цеанотус), создают рекордно высокое всасывание, извлекая воду из крайне сухой почвы.
- Молекулы воды в растении сильно растянуты, но не разрываются, так как хорошо сцеплены друг с другом.
- Однако липидные бислои (нерастворимые в воде природные вещества в соке растений) при очень высоком всасывании начинают расходиться. Это приводит к образованию в ксилеме газовых пузырьков (кавитация), которые блокируют движение воды.
Значение исследования:
- Объясняет физический предел роста засухоустойчивых растений в Южной Калифорнии и засушливых регионах мира.
- Помогает понять ограничения на высоту таких деревьев, как секвойи.
- Является примером успешного междисциплинарного подхода (архитектура растений, физика, компьютерное моделирование молекулярной динамики).
- Ценно для прогнозирования реакции растений на изменения окружающей среды, ведущие к увеличению площади сухих почв.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.