Naukowcy z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego i James Cook University odkryli sekret roślin, który może pomóc im rosnąć przy mniejszym zużyciu wodny. Artykuł na ten temat został opublikowany w The Conversation, a praca naukowa w Nature Plants.
Kontrola wodna
Rośliny składają się z ok. 80% z wody. Można by więc oczekiwać, że będą one potrzebować ok. 4 g wody na każdy gram suchej masy, aby zachować idealny poziom nawodnienia. Aby wyprodukować 1 g nowej suchej masy, roślina musi zużyć ok. 300 g wody. Skąd taka różnica między ilością wody potrzebną do wzrostu, a do zachowania odpowiedniego nawodnienia? Powód jest prosty. Praktycznie cała woda, która jest pobierana z gleby przez korzenie, niemal natychmiast wydostaje się do atmosfery przez liście (transpiracja).
Czytaj też: Jak hodować rośliny na pustyni? Systemowi WEC2P wystarczą panele słoneczne i hydrożel
Transpiracja szparkowa odbywa się przez aparaty szparkowe składające się z otworów (tzw. szparek) otoczonych dwoma komórkami przyszparkowymi, które zlokalizowane są w skórce (epidermie) liścia. Sam proces transpiracji zaczyna się od parowania wody z powierzchni komórek miękiszu asymilacyjnego – powstała w ten sposób para wodna dostaje się do komory powietrznej i przenika na zewnątrz. Transpiracja szparkowa stanowi ok. 75-90% transpiracji ogólnej.
Naukowcy badający rośliny przez długi czas zakładali, że otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych niemal całkowicie kontroluje ilość wody wyparowywanej z liścia. Wynika to z założenia, że powietrze w małych kieszonkach wewnątrz liścia jest w pełni nasycone parą wodną (inaczej można powiedzieć, że “wilgotność względna” wynosi 100% lub blisko tego poziomu). Gdy powietrze wewnątrz liścia jest nasycone, a powietrze na zewnątrz jest bardziej suche, otwarcie aparatów szparkowych kontroluje, ile wody dyfunduje z liścia. W rezultacie z liścia wydostaje się duża ilość pary wodnej na każdą cząsteczkę dwutlenku węgla, która wchodzi do środka.
Dlaczego założyliśmy, że powietrze wewnątrz liści ma wilgotność względną bliską 100%? Częściowo dlatego, że woda przemieszcza się z miejsc bardziej nasyconych do mniej nasyconych, więc pomyśleliśmy, że komórki wewnątrz liści nie mogłyby utrzymać swojego nawodnienia, gdyby były wystawione bezpośrednio na działanie powietrza o wilgotności względnej znacznie niższej niż 100%. Ale przyjęliśmy to założenie również dlatego, że nie mieliśmy metody bezpośredniego pomiaru wilgotności względnej powietrza wewnątrz liści.czytamy w artykule The Conversation
W końcu udało się ujawnić prawdę. Seria eksperymentów przeprowadzonych w ciągu ostatnich 15 lat wykazała, że podstawowe założenia botaników są nieprawdziwe. Kiedy powietrze na zewnątrz liścia było suche, wilgotność względna w przestrzeniach powietrznych wewnątrz liści rutynowo spadała znacznie poniżej 100%, czasami nawet do 80%.
Czytaj też: Genetycznie modyfikowane rośliny dostarczą proteiny z mięsa. Nowy pomysł na walkę z emisjami
Niezwykłe jest jednak to, że nawet w takich warunkach, fotosynteza nie zatrzymywała się, ani nawet nie zwalniała. Tempo utraty wody z liści pozostawało stałe. Gdyby liście ograniczały utratę wody poprzez zamykanie aparatów szparkowych, doszłoby do zwolnienia fotosyntezy. Wykazano jednak, że rośliny skutecznie kontrolują utratę wody z liści, co pozwala na właściwą dyfuzję dwutlenku węgla do wnętrza rośliny.
Australijscy uczeni uważają, że rośliny kontrolują ruch wody za pomocą białek zwanych akwaporynami, które znajdują się na błonach komórek wewnątrz liścia. Kolejne eksperymenty sprawdzą, czy akwaporyny faktycznie odpowiadają za ten proces.