Российские ученые представили в авторитетном международном журнале Nature Communications систему неинвазивного наблюдения за защитными реакциями растений, которая позволяет отслеживать их состояние без повреждения тканей. Разработка основана на регистрации биоэлектрических импульсов, возникающих в системе «корнеобитаемая среда — растение».
В исследовании принимали участие сотрудники Института биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова Российской академии наук и их коллеги из других научных центров. Ученые создали автолюминесцентные репортеры для неинвазивной визуализации ответов растений на различные внешние и внутренние неблагоприятные факторы.
С помощью обычных бытовых фотокамер удалось визуализировать активность фитогормонов салициловой и жасмоновой кислот в тканях растений. Моделями по традиции выступили Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) и Nicotiana benthamiana (табак Бентхама). Часть растений в экспериментах развивались нормально, а часть искусственно подвергалась воздействию факторов стресса, таких как недостаток или избыток воды, перегрев или переохлаждение, атаки патогенов и насекомых вредителей.
Предложенный подход дает возможность фиксировать изменения физиологического состояния растений в реальном времени. Такие сигналы отражают реакции на стрессовые факторы — засуху, перегрев, механическое и биологическое воздействие — и могут служить ранним индикатором неблагоприятных условий.
В отличие от традиционных методов, требующих отбора проб или воздействия на ткани, новая система работает без вмешательства в жизненные процессы растительного организма. Это делает ее перспективной для долгосрочного мониторинга в сельском и лесном хозяйстве, городском благоустройстве, разведении декоративных и лекарственных растений и т.д.
Потенциал для агротехнологий и науки
Разработчики отмечают, что технология может применяться для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и оптимизации условий выращивания. Биоэлектрические сигналы растений уже рассматриваются как универсальный механизм передачи информации о стрессе внутри организма.
Известно, что растения способны «предупреждать» свои надземные части об опасности с помощью электрических импульсов, снижая активность фотосинтеза и переходя в режим выживания. Это открывает возможности для создания интеллектуальных систем мониторинга, способных заранее выявлять угрозы урожаю.
Интересные факты о «чувствах» растений
Растения способны передавать сигналы между своими частями с помощью электрических импульсов, напоминающих работу нервной системы животных. Идея «чувствительности» растений обсуждается в науке более двух столетий и сегодня развивается в рамках исследований сигнальных систем растений.
Измерение флуоресценции хлорофилла уже применяется как неинвазивный метод оценки состояния растений, но новая система дополняет его анализом электрических сигналов. Некоторые исследования показывают, что растения способны генерировать сложные биоэлектрические сигналы, связанные с внешними воздействиями, включая присутствие животных и человека.
У некоторых видов, например венериной мухоловки (Dionaea muscipula), фиксируются быстрые электрические сигналы, сопровождающие защитные и хищнические реакции. Поймать насекомое не так просто.
Недавно было названо первое растение, которое будут выращивать на Луне.
