• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Biologi
    Att se i mörkret – hur växtrötter uppfattar vatten genom tillväxt

    Ritningar med hjälp av beräkningsmodellen, som indikerade att uppfattningen av vatten som observerats av vattenrörelse in i roten påverkades dramatiskt av rottillväxthastigheten tillhandahålls med tillstånd av Neil Robbins II. Kredit:Carnegie Institution for Science

    Utan ögon, öron, eller ett centralt nervsystem, växter kan uppfatta riktningen för miljömärken och svara för att säkerställa deras överlevnad.

    Till exempel, rötterna måste sträcka sig genom labyrinten av vrår och vrår i jorden mot vattenkällor och näringsämnen. De olika sätt som växter styr denna förgrening för att dra nytta av sin miljö är av stort intresse för forskare och av potentiell användning av bönder i behov av grödor som producerar mer mat med mindre resurser.

    Carnegie och Stanford Universitys biolog José Dinnny har ägnat flera år åt att studera hur rottillväxt reagerar på vatten, särskilt genom ett fenomen som kallas hydromönster, vilket gör att växter kan optimera rotförgrening för att maximera vattenupptaget.

    Precis som hur växter förgrenar sig ovan jord för att få tillgång till solljus, växtrötter bildar ett förgrenat underjordiskt nätverk, med sidorötter som växer ut från en huvudaxel. Strukturen hos dessa rotsystemnätverk måste regleras på ett sätt som optimerar markutforskningen, samtidigt som expansionen begränsas till vattenfattiga regioner.

    "Vi visste att växter gjorde detta - förgrenade sig mot vatten - men inte mekanismen för hur växten uppfattade och reagerade på denna miljösignal, " förklarade Dinny.

    Han och Stanfords doktorand Neil Robbins II försökte avgöra om en växtrots observerade förmåga att uppmuntra förgrening mot fukt och motverka förgrening till torr jord är lokaliserad till någon del av roten, eller delas av hela rotstrukturen.

    Ritningar med hjälp av beräkningsmodellen, som indikerade att uppfattningen av vatten som observerats av vattenrörelse in i roten påverkades dramatiskt av rottillväxthastigheten tillhandahålls med tillstånd av Neil Robbins II. Kredit:Carnegie Institution for Science

    "Genom att förstå var roten uppfattar vatten kan vi få ledtrådar om hur växten utför denna anmärkningsvärda uppgift, säger Dinneny.

    Med hjälp av både finskalig mikrodissektion och matematisk modellering, de fann att spetsen av roten där cellexpansion driver tillväxt är unikt kapabel att uppfatta och reagera på fuktsignaler genom att forma riktningen i vilken roten förgrenar sig ut i jorden. Användningen av matematisk modellering visade att uppfattningen av vatten som observerats av vattenrörelse in i roten påverkades dramatiskt av rottillväxthastigheten.

    Huvudförfattaren Robbins kommenterade:"När rottillväxten avtog, rotens förmåga att reagera på vattnets riktning minskade kraftigt. Detta arbete indikerar att den aktiva processen med vattenupptagning genom roten är nödvändig för att se var vattnet finns i markvattnet och reagera utvecklingsmässigt på denna viktiga miljösignal."

    För att placera detta arbete i ett sammanhang, det är viktigt att inse att lite förstås om hur växter uppfattar mängden vatten i miljön och det mesta arbetet har fokuserat på de signalhändelser som sker på cellnivå.

    Robbins och Dinnys arbete, publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences , visar att själva tillväxtprocessen i sig framkallar ett fysiskt tillstånd i växten som unikt tillåter den att i organskala uppfatta riktningen av en välbehövlig resurs i sin omgivning.

    "Växten verkar bara se vattenriktningen när den försöker utvinna den från miljön, " Dinneny said. "When cell expansion isn't driving growth, the ability to see the direction for water is reduced, and the root either can't see or doesn't care where water is and starts making branches in every direction."  

    Using the flux of water as a key metric of water availability may provide an important way in which the plant can convert the outside picture of where water is in soil into an internal biophysical pattern that plants can then interpret. Understanding how plants optimize this process for particular soil environments may enable the production of more water-efficient plants. When it comes to the importance of water for plants, a picture can be worth a thousand words.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com