Efter två veckor utan vatten överlevde inte vete när jorden förbehandlades med vatten (till vänster), men trivdes när jorden förbehandlades med 3% etanol (höger). Detsamma gällde för ris och modellväxten Arabidopsis. Kredit:RIKEN
Etanol kan hjälpa växter att överleva i tider av torka, säger en ny studie utförd vid RIKEN Center for Sustainable Resource Science i Japan. Ledda av Motoaki Seki visar forskare att tillsats av etanol till jorden gör att växter, inklusive ris och vete, kan frodas efter två veckor utan vatten. Eftersom etanol är säkert, billigt och allmänt tillgängligt, erbjuder detta fynd ett praktiskt sätt att öka livsmedelsproduktionen över hela världen när det är ont om vatten, utan behov av kostsam, tidskrävande och ibland kontroversiell produktion av genetiskt modifierade växter. Studien publicerades den 25 augusti i Plant and Cell Physiology .
Den överskådliga framtiden inkluderar en stadigt ökande befolkning och ökad vattenbrist orsakad av klimatförändringar, två förhållanden som oundvikligen kommer att leda till livsmedelsbrist om inte åtgärder vidtas. Ett alternativ är att hitta ett sätt att förhindra att växter dör när de inte har tillgång till vatten. Att genetiskt modifiera växter så att deras stomata – porerna i bladen – förblir stängda, har varit något effektivt eftersom det hindrar vatten från att lämna växterna. Att göra genetiskt modifierade växter är dock dyrt och tidskrävande, och länder med störst behov kanske inte har lika tillgång till dessa modifierade grödor.
Seki och hans team har arbetat på ett annat tillvägagångssätt. Eftersom de visste att växter producerar etanol när de berövas vatten, resonerade de att ge det till växter skulle skydda dem från framtida torka. För att testa denna hypotes odlade de växter i cirka två veckor med gott om vatten. Sedan förbehandlade de jorden med etanol i tre dagar, följt av vattenbrist i två veckor. Cirka 75 % av de etanolbehandlade vete- och risplantorna överlevde efter omvattning, medan mindre än 5 % av de obehandlade plantorna överlevde.
Efter att ha visat att etanol kan skydda dessa två viktiga grödor från torka, började de sedan förklara varför genom att fokusera på modellväxten Arabidopsis. Först tittade de på löven. De fann att strax efter att etanolbehandlade Arabidopsis-växter hade berövats vatten stängdes deras stomata och bladtemperaturen steg. Efter 11 och 12 dagars vattenbrist hade dessa växter behållit mer vatten i sina blad än de obehandlade plantorna.
Sedan analyserade forskarna genuttryck före och under vattenbrist och radiomärkte etanolen före förbehandling. Detta gjorde att de kunde se vilka processer som aktiverades under torka och vad som hände med etanolen efter att den tagits upp av växtrötterna. Redan innan vattnet berövades började de etanolbehandlade växterna uttrycka gener som normalt uttrycks under vattenbrist. Dessutom, ungefär samtidigt som vattenhalten sjönk i obehandlade löv, gjorde de etanolbehandlade växterna socker från etanolen och gjorde fotosyntes.
Seki säger att behandling av marken med etanol dämpar torka på flera fronter. Först uttrycks torkrelaterade gener redan innan vatten saknas, vilket ger växterna ett försprång i förberedelserna. Sedan stängs stomata, vilket gör att bladen kan behålla mer vatten. Samtidigt används en del av etanolen för att göra en mängd olika sockerarter, som ger välbehövlig energi som normalt är svår att få med slutna stomata.
"Vi finner att behandling av vanliga grödor som vete och ris med exogen etanol kan öka växtproduktionen under torka. Precis som i Arabidopsis är detta sannolikt via förändringar i de metabolomiska och transkriptomiska profilerna som reglerar torkstressresponsen", säger Seki. "Detta ger oss ett billigt och enkelt sätt att öka skörden även när vattnet är begränsat, utan behov av genetisk modifiering." + Utforska vidare
