Рослини реагують на сіль, як люди — на біль

Морозні зими і засушливі літа роблять ґрунт солоним. В деяких регіонах зростаюча посушливість концентрує природні солі у ґрунті, тоді як в інших наступаюча морська вода забруднює ґрунтові води морською сіллю. За даними нового дослідження, рослини «приборкали хвилю» кальцію, щоб вижити у все більш солоному ґрунті - явище, яке стало світовою проблемою.

У підвищенні солоності ґрунту не обійшлось без «людського фактору»: земле- і водокористування змінило рівень ґрунтових вод, а зміни клімату, викликані людською діяльністю, вплинули на розподіл опадів і температури повітря. Що здається нелогічним, навіть зрошення полів збільшує солоність ґрунту. Вся внесена у ґрунт вода містить певну кількість солей. А оскільки рослини не можуть поглинати сіль, коли під час випаровування вода зникає, рослина не може використовувати воду, яка залишилась, тому що вона містить сіль, яка накопичувалась протягом довгого часу.

Коріння, яке тримає на місці

Морозними зимами на землю кидають все більше і більше солі, щоб позбутися снігу і льоду. За останні 50 років використання солі для розчищення тротуарів і проїжджих частин різко зросло: у 1960 році близько 3 мільйонів тонн солі опинилось на північноамериканських дорогах; сьогодні ця цифра становить 20 мільйонів тонн.

З приходом весни дощі відносять сіль з доріг і солона ноша лягає на плечі оточуючих ґрунтів і ґрунтових вод. Відзначається кумулятивний ефект застосування солі на автомобільних та пішохідних дорогах. Деякі прісноводні річкові вододіли демонструють підняття рівня солі між 100% і 250%. І ці рівні піднімаються щороку.

Це створює серйозну проблему, оскільки сіль, взагалі кажучи, токсична для рослин - тактика «соління землі» здавна використовується арміями переможців, які хочуть покарати своїх ворогів і зробити важчим повторне заселення землі.

Будучи вкоріненими на місці, рослини нездатні уникати токсичних ефектів солі, через що зростаюча солоність є серйозним ризиком як для рослинництва, так і для здоров'я екосистеми в цілому.

Нещодавнє дослідження Он-Гю Чой та його колег з лабораторії Симона Гілроя в Університеті Вісконсин-Медісон виявило, що кальцій відіграє ключову роль в реакції рослин на сіль. Коли рослини відчувають сіль, вони відповідають шляхом створення «хвилі кальцію» - підвищеної концентрації іонів кальцію, які проходять хвилею по всій рослині, починаючи з точки, яка відчула сіль. Хвиля створюється вивільненням кальцію, який рослини зберігають у своїх клітинах.

Для спостереження за змінами в рівнях кальцію в межах рослинних клітин, автори дослідження використовували створені біоінженерією рослини, які продукують білок, що реагує на кальцій флуоресценцією, інтенсивність якої залежить від його рівня.

Коли вони піддавали коріння рослин дії різних подразників, включаючи холод, дотик або напругу, рослини, як правило, відповідали підвищеними концентраціями кальцію в точці прикладання. Коли коріння відчувало сіль, в точці контакту також зростав кальцій, однак потім в сусідніх клітинах відбувалось те саме, що створювало безперервну хвилю, яка пробігала по всій рослині зі швидкістю дві клітини на секунду. Від коренів до кінчиків пагонів і листя кальцієва хвиля добігала за дві хвилини.

Рослини отримують повідомлення

Коли пагони рослин отримують сигнал, вони змінюють свою поведінку. Вони демонструють те, що найкраще можна описати як захисна реакція. Отримавши повідомлення кальцієвої хвилі, рослинні тканини змінюють свої клітинні функції - вони починають виробляти нові молекули, які допомагають рослині боротися з сіллю шляхом коригування водного балансу в рослині, а також створюючи перешкоди для вторгнення солі в тканини рослини.

Он-Гю Чой та його колеги зробили припущення, що кальцій вивільняється зі спеціальної комірки всередині клітини, накопичений там для цієї мети. Це вимагає роботи спеціальних білків, які утворюють пори, що відкриваються для того, аби вивільнити кальцій з комірки.

Досліджуючи рослини, у яких ці білки перестали функціонувати, вчені побачили, що хвиля кальцію не проходить через рослину належним чином. Без здатності передавати кальцій ці рослини були не в змозі захищатись від солі. Такі рослини також демонструють слабке зростання в присутності солі порівняно з нормальними рослинами.

Дослідження відкрило важливий механізм, який рослини використовують для боротьби з солоним ґрунтом. Хвиля кальцію, яку створює коріння, інформуючи всю рослину про солоні часи, має вражаючу схожість з нашою нервовою системою.

В організмі людини кальцій також використовується для сигналізації від одного нейрона до іншого, коли ми відчуваємо стрес, такий як біль. Якщо сипати сіль на рану, сигнали, які отримує мозок, також мають природу кальцієвої хвилі - нейрони запускають один одного в ланцюговій реакції, яка передає інформацію від периферичних нервів у мозок за долі секунди. Виявляється, що рослини використовують аналогічну систему для передачі інформації про сольовий стрес, але замість того, що отримувати її у централізованому мозку, вони інформують кожну клітину тіла рослини.

Можливо, ми зможемо використати цю інформацію в майбутньому, щоб допомогти полегшити рослинам стрес, викликаний солоним ґрунтом, і краще боротись з засоленим навколишнім середовищем - поки ми плануємо їсти рослини, і тварин, які харчуються ними, нам потрібно надавати їм всю необхідну допомогу, яку ми можемо.

Не тільки рослини, що ростуть просто неба, страждають від проблем з ґрунтом. Кімнатні рослини, будучи набагато примхливішими, не часто приживаються в землі, викопаній на вулиці. Щоб полегшити життя своїм домашнім рослинам, не змушуйте їх боротись з сіллю, комахами, бактеріями та грибками. Завітайте на http://agro-market.net/ua/catalog/cat/91/, де ви зможете придбати землю і ґрунтосуміші потрібної кислотності та складу. Подбайте про комфорт своїх рослин!

Екологія життя