​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

  • 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.
    95
  • 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.
    296
  • 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
  • 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
  • 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.
    396
  • 14/12/2017

    Развитие регенеративной медицины получило мощный импульс

    Недавно в Московском университете им. М.В.Ломоносова проходил III Национальный конгресс по регенеративной медицине. Среди десятков интереснейших докладов особо выделялось выступление ученых из петербургского Института цитологии (ИНЦ РАН).
    1036
  • 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.
    385
  • 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
  • 06/11/2018

    Как решить проблемы качества и безопасности продуктов питания

    Ведущие исследования в области управления качеством и безопасностью продуктов питания представили на XVII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов 29 октября во время совместного симпозиума Российского научного фонда и Российской академии наук.
    180
  • 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.
    1664