КТ-сканирование показывает, почему наклонённые ивы дают больше биотоплива
Исследователи из Имперского колледжа Лондона использовали медицинские методы визуализации, чтобы выяснить, почему выращивание ив под углом значительно увеличивает выход биотоплива. С помощью микро-КТ-сканирования команда показала, что деревья реагируют на наклон, производя богатое сахаром желатиновое волокно, которое помогает им сохранять вертикальное положение.
Ивы подходят для широкого выращивания в качестве биотоплива, потому что производят большое количество доступного сахара, быстро растут и могут переносить суровые условия, такие как ветреные склоны и бедная почва. Более того, деревья, выращенные в более жёстких условиях или на загрязнённой почве, могут давать даже лучшее биотопливо, так как производимый ими сахар становится более доступным для извлечения.
Выращивание ив под углом 45 градусов имитирует этот естественный стресс, побуждая деревья производить до 5 раз больше сахара, чем растения, выращенные обычным способом. Однако точная причина и механизм этого явления до недавнего времени были неясны.
Используя рентгеновскую микро-компьютерную томографию (КТ-сканирование), исследователи из Имперского колледжа Лондона совместно с экспертами из Музея естественной истории, Университета Суррея и Центра Ротемстед смогли изучить рост ивы с помощью высокодетальных 3D-изображений.
Это позволило увидеть изменения в иве на клеточном уровне и их влияние на рост растения. Было обнаружено, что наклонённые ивы продлевают жизнь определённым клеткам, чтобы производить богатое сахаром желатиновое волокно для устойчивости. Команда смогла измерить, насколько дольше этим клеткам нужно оставаться живыми для производства особого волокна.
«Было сложно понять, почему деревья выделяют намного больше сахара при стрессе в природе или при росте под углом. Возможность визуализировать различия на микроуровне, или клеточном уровне, позволила заглянуть в биологию, стоящую за эффектами в масштабе всего дерева», — объясняет доктор Николас Бреретон.
«Ива — отличная культура, потому что растёт в действительно негостеприимных местах. Она может придать ценность маргинальным землям, а также полезна для очистки загрязнённых территорий», — добавляет он. — «Наше исследование поможет сектору биотоплива выбирать и использовать участки и условия для выращивания, где другие культуры не выживают».
Исследование было профинансировано Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям и опубликовано в BMC Plant Biology. Следующим шагом для команды будет использование КТ-сканирования с ещё более высоким разрешением для детального изучения желатиновых волокон. Цель — измерить, сколько волокна производят разные растения, что поможет определить виды ивы, наиболее перспективные для производства биотоплива второго поколения.
Доктор Бреретон также считает, что использование КТ-сканирования для изучения растений и животных является крайне полезным образовательным ресурсом. Он уже работает с коллегами над интеграцией 3D-микроизображений в обучение студентов.
«Студенты узнают этот вид визуализации из медицины, но значительно возросшее разрешение рентгеновской микро-КТ в Музее естественной истории позволяет нам исследовать биологический мир в тысячу раз детальнее и в 3D», — говорит доктор Бреретон.