Прямой эфир с поверхности листа: ученые сняли на видео, как растения «задерживают дыхание»

Исследовательская команда из Университета Иллинойса разработала экспериментальную гибридную систему под названием Stomata In-Sight, которая впервые в истории позволила одновременно отслеживать микроскопические движения устьиц на листьях и измерять показатели газообмена в режиме реального времени. Разработка призвана ускорить селекцию и биоинженерию сельскохозяйственных культур, способных эффективно расходовать воду в условиях меняющегося климата. Об этом сообщается в исследовании, опубликованном в рецензируемом журнале Plant Physiology.

Раньше ученые постоянно сталкивались с техническим барьером при изучении физиологии растений: существовавшие методы позволяли либо визуализировать клетки под микроскопом без точного контроля атмосферы, либо измерять поглощение CO₂ и потерю влаги (газообмен), не видя реакции отдельных клеток. Из-за этого было сложно точно определить, как именно физические движения устьиц — миниатюрных пор на поверхности листа — коррелируют с эффективностью использования воды.

Инструмент Stomata In-Sight объединяет три ключевые технологии:

1. Лазерная сканирующая конфокальная микроскопия позволяет получать четкие 3D-снимки живых клеток листа без их повреждения.
2. Высокоточная система газоанализа фиксирует объемы поглощаемого углекислого газа и испаряемой воды.
3. Камера климатического контроля дает возможность регулировать освещение, температуру, влажность и концентрацию CO₂, имитируя реальные погодные условия.

По словам профессора биологии растений Эндрю Лики, возглавлявшего проект, система позволяет увидеть, как растения реагируют на динамические изменения среды, например, на облако, перекрывающее солнце. Для обработки большого массива визуальных данных команда использовала алгоритмы машинного обучения.

Устьица у растений играет роль клапанов, регулирующих баланс между поступлением углерода, необходимого для фотосинтеза, и потерей влаги. В условиях глобального потепления и дефицита пресной воды эффективность этого процесса становится критическим фактором выживания урожая.

Используя Stomata In-Sight, исследователи намерены выявить генетические маркеры, отвечающие за быструю и точную реакцию устьиц. Это позволит создать «более умные» сорта пшеницы, кукурузы и сои, которые смогут сохранять влагу без ущерба для фотосинтеза и общей урожайности.

Источник: livescience