​Во время засухи молодые сосны погибают не из-за обезвоживания, а из-за дефицита углеводов, а вот причина гибели ели в тех же условиях остается загадкой. К таким выводам пришли российские ученые после исследования этих деревьев. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты были опубликованы в журнале Environmental and Experimental Botany.

Когда растения попадают в условия стресса: засухи, излишнего увлажнения, экстремальных температур, они либо выживают, вырабатывая защитные механизмы, либо сильно и быстро повреждаются и погибают. Вопрос, почему растения гибнут в условиях засухи, сегодня остается открытым. При этом глобальные изменения климата увеличивают частоту и продолжительность засушливых периодов, что негативно влияет на стабильность и восстановление хвойных насаждений. Их стабильность заключается в том, что деревья поддерживают определенную продуктивность, успешно воспроизводятся и тем самым сохраняются в разрезе поколений. Авторы статьи изучили причины повреждения молодых хвойных растений в условиях нехватки воды, чтобы повысить их устойчивость к засухе.

Существует две гипотезы, объясняющие гибель древесных растений в засушливые периоды. Некоторые ученые считают, что растения просто не могут поддерживать минимально необходимое для жизни содержание воды, и это приводит к обезвоживанию и гибели растений. Другие говорят, что растениям не хватает питательных веществ, в первую очередь углеводов, из-за сокращения газообмена с окружающей средой. Из-за этого интенсивность фотосинтеза падает, растение переходит от синтеза органических веществ к их расходованию, постепенно его запасы заканчиваются и дерево погибает.

Ученые хотели изучить повреждения, которые появляются у молодых растений сосны обыкновенной и ели европейской из-за засухи. Авторы отмечают, что сеянцы — это удобный объект, чтобы изучать механизмы повреждающего воздействия засухи, так как в них можно одновременно анализировать изменения в общем балансе воды и в содержании углеводов в целом растении. Это невозможно сделать для взрослых деревьев. Более того, сеянцы хвойных практически беззащитны перед засухой по сравнению со взрослыми растениями, поэтому их нужно изучать в первую очередь.

«Причина гибели сеянцев сосны в условиях засухи заключается в дефиците углеводов. В них в это время много углеводов содержится в хвое, но крайне мало в корне, при этом их транспорт из надземной части в корень нарушен, что приводит к сильному исчерпанию углеводов в корневой системе и гибели сеянцев. Интересно, что обезвоживание тканей и клеток не является причиной гибели молодых растений сосны. В отличие от сосны, смертность сеянцев ели не была связана ни с обезвоживанием, ни с исчерпанием углеводов. Механизмы повреждения и гибели ели в настоящее время выясняются», — рассказал один из авторов статьи, сотрудник Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН Юрий Иванов.

Такие различия между сосной и елью обусловлены разной динамикой роста этих двух видов. Ель в начальный период водного дефицита быстро снижает темпы роста, а сосна продолжает активно расти, что приводит к быстрому исчерпанию углеводов в ее корневой системе и, как следствие, к гибели растений.

Ученые выращивали сеянцы сосны и ели в контролируемых условиях на жидкой питательной среде, а для моделирования засухи в эту среду добавляли осмотически активное соединение — полиэтиленгликоль. Осмотически активные вещества могут связывать молекулы воды, проводить их в клетки или выводить из них. Так авторы работы могли поддерживать точные значения интенсивности засухи. Растения испытывали недостаток воды в течение 40 суток — именно столько обычно длятся долгие природные засухи. В течение всего эксперимента ученые отслеживали биологические параметры сеянцев и их тканей.

«Полученные результаты необходимы для построения моделей, с помощью которых мы изучим то, как изменения климата влияют на стабильность и продуктивность хвойных экосистем умеренных широт. Мы планируем продолжить исследования молекулярных механизмов, которые регулируют метаболизм углеводов в условиях засухи. Кроме того, мы хотим изучить природные популяции на растениях различных возрастных групп», — заключил Иванов.

Похожие новости

  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    265
  • 20/11/2018

    Ученые установили, что набеги насекомых остаются в памяти деревьев

    Оригинальный способ предсказания будущих атак вредителей растений разработан учеными Института проблем экологии и эволюции РАН Булатом Хасановым и Робертом Сандлерским. Они предложили оценивать число вредителей по структуре древесины.
    96
  • 11/05/2018

    Российские ученые улучшат препараты для генной терапии

    ​Российские молекулярные биологи разработали новую технологию ввода в клетки генной терапии, изучив, как миниатюрные жировые капсулы взаимодействуют с нитями ДНК. Рецепт по сборке наношприца опубликован в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
    386
  • 29/10/2018

    Биологи из России научились предсказывать нашествия вредителей

    ​Российские ученые выяснили, как можно "прочитать" историю борьбы отдельных растений с вредителями и предсказать будущие атаки насекомых, анализируя структуру их древесины. Их выводы были представлены в журнале Dendrochronologia.
    126
  • 05/04/2017

    Байкальские водоросли вошли в крупнейшую коллекцию живых водорослей и в банк геномной ДНК

    ​Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН совместно с коллегами из США создали одну из крупнейших коллекций разнообразных культур живых водорослей и банк геномной ДНК, содержащий более двух тысяч образцов, которые могут использоваться для поиска организмов, необходимых в биотехнологии и создании биотоплива.
    1666
  • 20/08/2018

    Ученые установили, что на результат химиотерапии влияет процесс разрушения митохондрий

    ​Программируемое разрушение митохондрий, «энергетических станций» клеток, пределяет ответ опухолевых клеток на химиотерапию. Также этот процесс влияет на различные виды гибели клеток, такие как апоптоз и аутофагия.
    335
  • 01/11/2018

    Молекулярные биологи изучили смертельные для раковых клеток мутации

    ​Российские молекулярные биологи обобщили данные о возможностях использования трех родственных ферментов ATM, ATR и DNA-PKcs в качестве мишеней для прицельной антиопухолевой терапии. Результаты исследования, выполненного при поддержке гранта Президентской программы исследовательских проектов РНФ, помогут предсказать, какие сочетания мутаций смертельны для раковых клеток.
    124
  • 27/03/2018

    Российские ученые нашли причину неэффективности вакцины от гриппа

    Исследователи из Института биоорганической химии (ИБХ) РАН показали, что различные варианты вакцины против вирусов сезонного гриппа фактически не увеличивают число разных типов Т-клеточных рецепторов (ТКР), а значит и не повышают шанс распознавания вирусов гриппа иммунной системой организма.
    628
  • 30/11/2018

    ​Конгресс «Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания»

    ​Конгресс «Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания» в третий раз объединил ведущих российских и зарубежных ученых и клиницистов, которые представили передовые подходы в области изучения и лечения аутоиммунных и иммунодефицитных заболеваний.
    298
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    397