Случайное открытие: превращение рассады в превосходные растения при необычном химическом воздействии

к Амир Хусейн
6 Комментарии
Ethylene Priming in Plants

Воздействие на семена определенных химикатов на стадии их развития (процесс, известный как «прайминг»), может существенно повлиять на их последующий рост.

Новое открытие исследователей показывает, что обработка семян этиленовым газом улучшает их рост и устойчивость к стрессу. Это открытие, подчеркивающее улучшение фотосинтеза и выработки углеводов в растениях, представляет собой потенциальный шаг вперед в повышении продуктивности сельского хозяйства и устойчивости к экологическим проблемам.

Растения, как и все организмы, подвержены стрессу, обычно из-за жары или засухи, что может замедлить их рост или снизить урожайность. Это создает проблемы для сельского хозяйства, побуждая к усилиям по созданию более устойчивых растений с помощью генной инженерии.

Однако растения, рассчитанные на более высокую урожайность, часто демонстрируют пониженную устойчивость к стрессу из-за того, что они направляют энергию на рост, а не на защиту от стресса. И наоборот, повышение стрессоустойчивости может привести к замедлению роста. Эта дилемма усложняет усилия по увеличению сельскохозяйственного производства.

Мое исследование было сосредоточено на том, как растительный гормон этилен влияет на рост растений и реакцию на стресс. В исследовании, опубликованном в июле 2023 года, моя лаборатория сделала удивительное и многообещающее наблюдение. Мы обнаружили, что прорастающие семена в темноте (обычное явление под землей) положительно реагируют на воздействие этилена, демонстрируя повышенный рост и устойчивость к стрессу.

Этилен: ключевой растительный гормон

Растения, обездвиженные природой, не могут избежать стрессовых условий окружающей среды, таких как жара и засуха. Они воспринимают различные сигналы окружающей среды, включая свет и температуру, влияющие на их рост, развитие и управление стрессом. Этилен, важнейший гормон в этой регуляторной сети, помогает растениям адаптироваться к окружающей среде.

Впервые идентифицированный более века назад как газообразный растительный гормон, этилен вырабатывается всеми изученными на сегодняшний день наземными растениями. Он играет не только роль в росте и реакции на стресс, включая изменение цвета листьев осенью и созревание фруктов.

Использование этилена для «заправки» растений

Наша лаборатория специализируется на понимании того, как растения и бактерии обнаруживают этилен и его взаимодействии с другими гормональными путями в развитии растений. В ходе исследования мы сделали неожиданное открытие.

В эксперименте по прорастанию семян в темноте мы подвергали семена воздействию газообразного этилена в течение нескольких дней, прежде чем удалить его. Обычно наши эксперименты заканчивались на этом этапе. Однако после сбора данных мы переместили рассаду в легкую тележку, чтобы вырастить взрослые растения для будущего сбора семян.

Через несколько дней мы заметили, что сеянцы, кратковременно подвергшиеся воздействию этилена, были значительно крупнее, с более обширными листьями и более сложной корневой системой по сравнению с растениями, не подвергавшимися воздействию этилена. Этот ускоренный рост сохранялся на протяжении всей их жизни.

На изображении показано сравнение растения, не обработанного этиленом (слева), и растения, обработанного этиленом (справа), оба одного возраста, из лаборатории Биндера в Университете Теннесси, Ноксвилл.

Мы исследовали, одинаково ли различные виды растений реагировали на воздействие этилена во время прорастания семян. Наши тесты включали семена томатов, огурцов, пшеницы и рукколы, все из которых показали усиленный рост.

Примечательно, что кратковременное воздействие этилена также повысило их устойчивость к таким стрессорам, как соль, высокие температуры и низкий уровень кислорода.

Эффекты прайминга относятся к долгосрочному росту и повышению устойчивости к стрессу после кратковременного воздействия стимула. Эта концепция, похожая на заправку насоса для более простой и быстрой активации, изучалась на различных стадиях роста растений. Затравка семян химикатами и стрессами широко изучается из-за ее простоты и потенциальной применимости в сельском хозяйстве.

Изучение механизмов

После эксперимента наша лаборатория расшифровала механизмы, позволяющие этим растениям, подвергшимся воздействию этилена, демонстрировать больший рост и устойчивость к стрессу. Одна из гипотез заключается в том, что прайминг этилена усиливает фотосинтез, при котором растения преобразуют свет в сахара.

Наши результаты указывают на значительное увеличение фиксации углерода, что подразумевает повышенное поступление CO₂ из атмосферы.

Увеличение количества фотосинтеза соответствует увеличению уровня углеводов в растениях. Сюда входит крахмал (молекула-накопитель растительной энергии) и сахара, такие как сахароза и глюкоза, которые имеют решающее значение для немедленного получения энергии. Эти более высокие концентрации молекул связаны с усилением роста и улучшением стрессоустойчивости.

Наши исследования показывают, что условия окружающей среды во время прорастания могут глубоко и продолжительно влиять на растения, потенциально увеличивая их размер и устойчивость к стрессу. Понимание этих механизмов становится все более важным и имеет последствия для повышения глобальной урожайности сельскохозяйственных культур.

Автор: Брэд Биндер, профессор биохимии, клеточной и молекулярной биологии Университета Теннесси.

Эта статья адаптирована из оригинальной публикации в The Conversation.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о прайминге этилена на растениях

Каков основной вывод исследований роста растений?

Исследование показало, что обработка семян этиленовым газом может значительно улучшить их рост и устойчивость к стрессу. Этот прорыв может привести к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и повышению устойчивости к стрессовым факторам окружающей среды.

Как этилен влияет на рост растений и стрессоустойчивость?

Было обнаружено, что этилен, растительный гормон, увеличивает как скорость роста, так и стрессоустойчивость растений, когда семена подвергаются воздействию него во время прорастания. Это включает в себя улучшение фотосинтеза и производства углеводов в растениях.

Какие виды стресса могут выдержать растения, обработанные этиленом?

Растения, подвергшиеся воздействию этилена во время прорастания семян, показали повышенную устойчивость к различным стрессам окружающей среды, включая солевой стресс, высокие температуры и низкий уровень кислорода.

Можно ли применять обработку этиленом к различным видам растений?

Да, исследование показало, что положительное влияние обработки этиленом на рост и устойчивость к стрессу наблюдалось у различных видов растений, включая томаты, огурцы, пшеницу и рукколу.

Каковы долгосрочные последствия воздействия этилена на растения?

Долгосрочные эффекты включают устойчивый усиленный рост на протяжении всей жизни растения, характеризующийся более крупными листьями, более сложной корневой системой и повышенным уровнем углеводов, что способствует повышению стрессоустойчивости.

Подробнее о прайминге этилена в растениях

  • Исследования этилена и роста растений
  • Повышение устойчивости сельскохозяйственных культур с помощью этилена
  • Этилен в сельскохозяйственных инновациях
  • Роль этилена в фотосинтезе и стрессоустойчивости
  • Достижения в области обработки рассады этиленом
  • Влияние прайминга этилена на разные виды растений

Вам также может понравиться

6 Комментарии

Том Уилсон 1ТП2Т - 1ТП3Т

не уверен, насколько это практично для обычных фермеров, похоже, для этого нужно специальное оборудование и прочее.

Отвечать
Элис Грин 1ТП2Т - 1ТП3Т

отличная статья, но некоторые научные термины у меня ушли в голову, может, в следующий раз немного упростить?

Отвечать
Марк Джонсон 1ТП2Т - 1ТП3Т

Я думаю, что то, что касается стрессоустойчивости, очень важно, особенно в условиях изменения климата и всего остального.

Отвечать
Боб Миллер 1ТП2Т - 1ТП3Т

хорошая работа по исследованию, но не является ли этилен также в некотором смысле вредным? просто любопытно.

Отвечать
Карен Дэвис 1ТП2Т - 1ТП3Т

Мне очень понравилось это читать, удивительно, как много нам еще предстоит узнать о растениях и их росте.

Отвечать
Дженни Смит 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, это очень интересно, никогда раньше не думал об этилене в таком ключе!

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский