Így titkolják előlünk a növények, hogy mennyire szomjasak

A növények növekedéséhet nélkülözhetetlen összetevő

A növények sok vizet veszítenek, amikor szén-dioxidot vesznek fel a légkörből, így minden gramm száraz növényi anyag előállításához akár 300 gramm vízre is szükségük van.

De ennek nem kell így lennie. A Nature Plants című folyóiratban megjelent új tanulmány egy olyan természetes titokról számol be, amely végső soron segíthet a növényeknek úgy boldogulni, hogy közben kevesebb vizet használnak, számol be róla a ScienceAlert.

A növények nagyrészt vízből állnak, körülbelül 80 tömegszázalékban, így azt várhatnánk, hogy a növényeknek minden gramm száraz tömegre körülbelül négy gramm vízre van szükségük ahhoz, hogy elérjék ideális hidratáltsági szintjüket.

Lehet, hogy így van, de a növekedésükhöz sokkal több vízre van szükségük. Egy gramm új száraz tömeg előállításához a növénynek körülbelül 300 gramm vízre van szüksége.

Miért van ekkora különbség a hidratációhoz szükséges vízmennyiség és a növekedéshez szükséges vízmennyiség között?

Mert a növények által a talajból a gyökereiken keresztül felvett víz csaknem teljes egészében a leveleiken keresztül hamarosan felszáll a légkörbe. A növényi leveleket mikroszkopikus szelepek, úgynevezett sztómák borítják, melyek azért nyílnak ki, hogy a levegőből szén-dioxidot engedjenek be, amelyre a növényeknek a fotoszintézishez és a növekedéshez van szükségük.

Amikor azonban a sztómák nyitva vannak, a levél nedves belső szövete ki van téve a szárazabb külső levegőnek. Ez azt jelenti, hogy vízgőz szivároghat ki, amikor a sztómák nyitva vannak.

Egy régóta fennálló feltételezés

A növénytudósok sokáig azt feltételezték, hogy a sztómák nyitása és zárása szinte teljes mértékben szabályozza a levélből elpárolgó víz mennyiségét.

Ennek az volt az oka, hogy a kutatók azt feltételezték, hogy a levelek belsejében lévő kis zsebek levegője teljesen telített vízgőzzel (másképpen úgy is mondhatjuk, hogy a relatív páratartalom 100 százalék, vagy ahhoz nagyon közel van). Ha a levél belsejében lévő levegő telített, a kinti pedig szárazabb, a sztómák nyílása szabályozza, hogy mennyi víz diffundál ki a levélből. Az eredmény az, hogy minden egyes bejövő szén-dioxid-molekulára nagy mennyiségű vízgőz távozik a levélből.

Miért feltételezték a kutatók, hogy a levelek belsejében a levegő relatív páratartalma közel 100 százalékos?

Részben azért, mert a víz a telítettebb helyekről a kevésbé telített helyek felé mozog, ezért úgy gondolták, hogy a levelek belsejében lévő sejtek nem tudnák fenntartani a hidratáltságukat, ha közvetlenül 100 százaléknál jóval alacsonyabb relatív páratartalmú levegőnek lennének kitéve. De azért is feltételezték ezt, mert nem állt rendelkezésükre módszer a levelek belsejében lévő levegő relatív páratartalmának közvetlen mérésére.

Az elmúlt 15 év során végzett kísérletsorozat során azonban a tanulmány szerzői bizonyítékokat halmoztak fel arra, hogy ez a feltételezés nem helytálló.

Amikor a levélen kívüli levegő száraz volt, megfigyelték, hogy a levelek belsejében lévő légterekben a relatív páratartalom rendszeresen jóval 100 százalék alá csökkent, néha akár 80 százalékra is. Ami a leginkább figyelemre méltó ezekben a megfigyelésekben, az az, hogy a fotoszintézis nem állt le, sőt még csak nem is lassult le, amikor a levelek belsejében a relatív páratartalom csökkent.

Ez azt jelenti, hogy a levelekből történő vízvesztés mértéke állandó maradt, még akkor is, ha a kinti levegő „párologtatási igénye” (a levegő szárítási képességének vagy „szomjúságának” mérőszáma, amely a hőmérsékleten, páratartalmon és más tényezőkön alapul) megnőtt. Ha a levelek vízveszteségüket csak a sztómák lezárásával korlátozták volna, akkor a kutatók a fotoszintézis lassulását vagy leállását várnák. Úgy tűnik tehát, hogy a növények hatékonyan tudják szabályozni a leveleik vízveszteségét, miközben a sztómák nyitva maradnak, lehetővé téve a szén-dioxid további diffúzióját a levélben a fotoszintézis támogatása érdekében.

A víz bölcs felhasználása

A kutatók úgy gondolják, hogy a növények a víz mozgását speciális „vízkapu” fehérjék, az aquaporinok segítségével szabályozzák, amelyek a levél belsejében lévő sejtek membránjaiban találhatók.

Következő kísérleteikben a tanulmány szerzői azt fogják tesztelni, hogy valóban az aquaporinok állnak-e az általunk megfigyelt viselkedés mögött. Ha sikerül alaposan megérteniük ezt a mechanizmust, akkor talán célzottan meg lehet határozni a működését, és végül olyan növényekkel láthatják el a mezőgazdászokat, amelyek hatékonyabban használják fel a vizet.

Az elkövetkező évtizedekben a globális felmelegedés hatására a légkör egyre szomjasabb lesz az elpárolgó vízre.
Örömhír azonban, hogy a természet még felfedhet olyan titkokat, amelyeket kihasználva a korlátozott vízkészletek mellett is fokozható a növénytermesztés.

Nyitókép: Shutterstock