Lokale elektriske reaktioner i blade gør fotosyntesen varmetolerant

Planter eksisterer under varierende og ofte ugunstige miljøforhold, som kræver funktionen af ​​en række adaptive mekanismer for deres overlevelse under påvirkning af stressorer. Studiet af sådanne adaptive mekanismer og identificering af måder at kontrollere dem på åbner brede udsigter til at redde landbrugsafgrøder under tørke og høje temperaturer, sygdomsudvikling, skadedyr og andre faktorer, der truer plantelivet. I øjeblikket, langt de fleste forskere er involveret i studiet af relativt langsomme tilpasningsprocesser, der udvikler sig i løbet af timer, dage og uger. Imidlertid, i tilfælde af en hurtig udvikling af stressfaktorer, sådanne adaptive reaktioner er muligvis ikke effektive nok. Derfor, det er vigtigt at identificere mekanismer, der fører til udvikling af adaptive forandringer inden for minutter eller ti minutter efter stressfaktorens indtræden.

En sådan mekanisme er relateret til planters elektriske reaktioner, som er genstand for forskning udført af Vladimir Sukhov, lektor ved Institut for Biofysik, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, og hans kolleger. De har udgivet en artikel, "Højtemperaturtolerance over for fotosyntese kan kædes sammen med lokale elektriske reaktioner i ærteblade, "ind Grænser i fysiologi , som en del af et separat forskningsemne med fokus på intercellulære elektriske signalers rolle i planters tilpasning og kommunikation.

Forskerne har for første gang vist, at en moderat stigning i bladtemperaturen inducerer udviklingen af ​​små elektriske reaktioner, der varer i flere minutter. I omkring halvdelen af ​​forsøgene sådanne reaktioner observeres, selv når bladtemperaturen stiger til kun 30°C, dvs. under forhold, der er typiske for sommerperioden. En mere intens opvarmning (op til 40°C og 45°C), hvilket svarer til ekstremt høje temperaturer i sommersæsonen, forårsager yderligere elektriske reaktioner i planteblade. Dette resultat er af fundamental betydning, siden i tidligere undersøgelser, de elektriske reaktioner blev induceret ved at opvarme plantedelene til en temperatur over 50°C. Forskerne spekulerede på, om elektriske reaktioner, der opstår under stærk opvarmning, kan observeres under naturlige forhold eller i marken. Resultaterne fra Nizhny Novgorod-forskere viser, at dette er meget sandsynligt.

Imidlertid, det faktum, at der genereres en elektrisk reaktion, beviser ikke, at den deltager i tilpasningsprocessen. Tidligere forskning har vist, at elektriske reaktioner forårsaget af foreløbig kraftig opvarmning af en plantedel har en bemærkelsesværdig effekt på den fotosyntetiske proces i planten som helhed og, i særdeleshed, øge dens modstand mod den efterfølgende virkning af høje temperaturer. På samme tid, muligheden for en positiv effekt af de varmeinducerede elektriske reaktioner på varmemodstanden i den fotosyntetiske proces krævede yderligere analyse, som blev udført af Dr. Sukhov og hans gruppe. Det blev vist, at parametrene for elektriske signaler er tæt forbundet med den termiske stabilitet af den fotosyntetiske proces. En højere varmemodstand observeres for en højere amplitude af elektriske responser, med et større antal af sådanne reaktioner under opvarmning, og også i tilfælde af en lavere temperaturtærskel for udviklingen af ​​den elektriske respons. Resultaterne viser, at genereringen af ​​elektriske reaktioner spiller en væsentlig rolle i at øge den termiske stabilitet af fotosyntetiske processer i planteblade. Derudover udviklingen af ​​en sådan effekt kræver ikke ekstremt høje temperaturer, og kan forekomme under betingelserne for en sædvanlig varm dag.

Resultaterne af denne forskning åbner store muligheder for at udvikle metoder til at kontrollere landbrugsplanters modstand mod høje temperaturer ved at kontrollere deres evne til at generere elektriske reaktioner. I særdeleshed, når der er fare for høje temperaturer, som kan estimeres ud fra en vejrudsigt, eller i tilfælde af tidlig påvisning af termiske skader i planter under markforhold, det er tilrådeligt at bruge metoder, der letter genereringen af ​​elektriske reaktioner på moderat opvarmning af planteblade. En sådan metode består i at behandle planter med stresshormoner, som kan påvirke planters tilstand betydeligt selv ved meget lave aktive koncentrationer.

Dermed, Nizhny Novgorod-forskernes forskningsarbejde åbner vejen for at kontrollere planteresistens ved at regulere elektrogenese. Imidlertid, for at opnå denne type kontrol, det er nødvendigt at implementere et feedbacksystem, der vil muliggøre tidlig diagnose af temperaturskader på en bestemt plante (eller en gruppe af planter) under markforhold for at træffe de nødvendige foranstaltninger. Dr. Sukhovs og hans teams hovedopgave er at skabe et sådant system baseret på registreringen af ​​det reflekterende indeks af blade.