Растения активируют этот водосберегающий режим, когда воды не хватает. Ученые ТУМ смогли идентифицировать активирующий сигнал и постоянно включать этот водосберегающий режим. Это возможное решение проблемы, заключающейся в том, что около 70 процентов воды, потребляемой во всем мире, используется в сельскохозяйственном секторе.
Неустойчивый забор воды, в первую очередь в сельскохозяйственном секторе, снижает уровень грунтовых вод на континенте. Каждый год около 50 чистых кубических миль воды — что примерно в три раза превышает годовой объем воды, образующийся каскадом у Ниагарского водопада — перемещается с суши в море, что способствует повышению уровня моря примерно на 30 процентов. Согласно отчету о мировом сельском хозяйстве, сегодня потребность в воде в три раза выше, чем 50 лет назад.
Перспективы на будущее: к 2050 году ожидается, что спрос на воду в сельском хозяйстве вырастет еще на пятую часть.Около 80 процентов воды, выбрасываемой в атмосферу с суши, не испаряется сразу, а проходит через корни растений и поддерживает транспирацию листьев. Это делает поиск сельскохозяйственных культур с улучшенным использованием воды центральным вопросом для ограничения высокого водопотребления в сельском хозяйстве и обеспечения продовольственной безопасности в будущем.
Как растения регулируют газообменРастения контролируют обмен углекислого газа (CO2) и водяного пара через поры, называемые устьицами, расположенные на их листьях.
Закрытие устьиц снижает потерю воды, но также препятствует абсорбции CO2. В зависимости от температуры и влажности поглощение молекул CO2 обходится растениям от 500 до 1000 молекул воды. Однако при нехватке воды растения способны снижать внутреннюю концентрацию СО2, тем самым повышая эффективность поглощения СО2.
«У растений есть способность вдвое сократить потери воды при абсорбции CO2, — говорит Эрвин Грилл, профессор ботаники в TUM, — но они будут переключаться на этот водосберегающий режим только тогда, когда воды не хватает». Что касается пахотных культур, растения с постоянно активированной стратегией экономии воды будут сохранять влагу в земле, чтобы использовать ее для роста и выживания в более поздний период засухи.Растительный гормон активирует водосберегающий режим
Как выяснила группа ученых TUM, за включение режима экономии воды отвечает растительный гормон абсцизовая кислота. Этот растительный гормон вырабатывается в больших количествах во время нехватки воды. В модельном растении Arabidopsis, также известном как кресс-салат у мышей, имеется 14 рецепторов, ответственных за восприятие этого гормонального сигнала, специфичного для растения.
Исследователи из Мюнхена смогли продемонстрировать, что повышенная выработка некоторых из этих рецепторов заставит растения переключаться в режим экономии воды, даже когда воды нет в дефиците. Загвоздка в том, что только три рецептора не оказали отрицательного влияния на рост растений. До 40 процентов воды, необходимой ранее, можно было сэкономить без ущерба для производительности завода.Первоначальные эксперименты показывают эффект экономии воды в смоделированных полевых условиях.
«Следующий шаг — посмотреть, можно ли наблюдать эти водосберегающие эффекты в полевых условиях», — говорит Ханс Шнайдер, профессор исследований пастбищ в TUM и соавтор исследования. Первоначальные эксперименты по моделированию, проведенные в фитокамерах Helmholtz Zentrum Munchen, Немецкого исследовательского центра гигиены окружающей среды, подтверждают это предположение.«Еще неизвестно, смогут ли культурные растения, такие как пшеница, кукуруза и рис, производить больше биомассы с тем же количеством воды, используя этот механизм», — говорит профессор Грилл. «Мы настроены оптимистично. Поскольку задействованные механизмы присутствуют на всех растениях, должна быть возможность перенести эти результаты с модельного растения Arabidopsis на культурные растения.
Это будет важным шагом на пути к обеспечению продовольственной безопасности в будущем».