В то время как мир борется с растущей проблемой изменения климата, усугубляемой ухудшением глобальной засухи, которая угрожает производству сельскохозяйственных культур, ученые горячо ищут инновационные решения для смягчения этих последствий. Решением проблемы может быть сосредоточение внимания на корнях растений.
Интригующая разработка пришла от исследователей из штата Пенсильвания , которые представили новую технологию, способную революционизировать устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе, повысить поглощение ими азота и способствовать более глубокому хранению углерода в почве.
Исследование корней растений рентгеновскими лучами
Их новаторское исследование представляет новый подход к оценке глубины корней растений с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии.
Этот метод включает сканирование листьев для обнаружения определенных химических элементов и выявление прямой корреляции между элементным составом листвы и глубиной залегания корней.
Значение этого заключается в способности корней поглощать элементы на разной глубине почвы, что обеспечивает неинвазивный метод измерения их охвата.
Более глубокие корни растений более устойчивы к засухе
Джонатан Линч, выдающийся профессор растениеводства Колледжа сельскохозяйственных наук и руководитель исследовательской группы, объясняет преобразующий потенциал этой технологии.
«Мы давно знали о преимуществах более глубокой корневой системы — они более устойчивы к засухе и обладают повышенной способностью поглощать азот, который имеет тенденцию перемещаться глубоко с водой — но проблема заключалась в том, как измерить глубину корней. в полевых условиях», — объяснил Линч.
«Чтобы вывести культуры с более глубокой корневой системой, вам нужно изучить тысячи растений. Выкапывать их дорого и отнимает много времени, потому что некоторые из этих корней имеют глубину два метра и более. Все хотят получить урожай с глубокими корнями, но до сих пор мы не знали, как его получить», — продолжил он.
Экологические преимущества глубокой корневой системы
Однако проблемой всегда было измерение глубины корней, что является решающим шагом в селекции таких культур. Линч также подчеркивает экологические преимущества систем с более глубокими корнями, отмечая их способность более эффективно хранить углерод в почве, тем самым способствуя смягчению последствий изменения климата.
«Наличие более глубоких корней означает, что углерод, который растения получают в результате фотосинтеза, сохраняется глубже в почве, когда они строят корни. И чем глубже углерод попадает в почву, тем дольше он остается в почве», — сказал Линч.
«По оценкам Министерства энергетики США, одно только наличие глубоко укоренившихся сельскохозяйственных культур в Америке может компенсировать годы наших общих выбросов углерода. Это огромно — подумайте обо всех акрах сельскохозяйственных культур в Америке. Если эти корни вырастут немного глубже, мы будем хранить огромное количество углерода глубже в почве» , — заключил он.
Следуйте за лидером
Разработка этого метода, получившего название LEADER (накопление элементов листьев из глубоких корней), является результатом шести лет интенсивных исследований, включая сбор и анализ более 2000 образцов керна почвы из четырех исследовательских центров по всей территории Соединенных Штатов.
Молли Хэнлон, ключевая фигура в этом исследовании, а теперь старший научный сотрудник, описывает процесс выращивания генетически различных линий кукурузы на различных исследовательских станциях.
С помощью метода LEADER исследователи с высокой точностью успешно определили участки с самыми глубокими корнями, что стало значительным достижением в почвоведении.
Хэнлон объясняет, что метод LEADER использует естественные различия в биологических, физических и химических свойствах почвы в разных слоях, позволяя корням растений выступать в качестве индикаторов их собственной глубины.
Преобразование выращивания сельскохозяйственных культур в условиях потепления мира
Анализируя накопление в листьях природных элементов почвы, а также используя индикаторы, такие как стронций, для более контролируемых экспериментов, команда смогла оценить глубину корней с поразительной точностью.
Хотя первоначальное исследование было сосредоточено на кукурузе из-за ее глобального значения как продукта питания, корма, биотоплива и промышленного материала, Линч с оптимизмом смотрит на более широкое применение этого метода.
Он предполагает, что технология LEADER будет адаптирована для широкого спектра видов растений и типов почв, подчеркивая ее потенциал фундаментального повышения устойчивости сельскохозяйственных культур, эффективности использования воды и питательных веществ , а также содействия долгосрочному хранению углерода в почве.
Корни растений играют роль в смягчении последствий изменения климата
Подводя итог, можно сказать, что инновационные исследования, проводимые Пенсильванским университетом, знаменуют собой значительный шаг вперед в сельскохозяйственной науке. Их исследование предлагает многообещающее решение двойной проблемы устойчивости сельскохозяйственных культур и смягчения последствий изменения климата.
Раскрывая потенциал культур с более глубокой корневой системой с помощью метода LEADER, эта новая технология обещает революционизировать то, как мы понимаем и выращиваем наши источники пищи. В то же время он обеспечивает существенные экологические преимущества: от повышения устойчивости к засухе до улучшения связывания углерода в почве.
Поскольку мы стоим на пороге новой эры растениеводства, эта новаторская работа служит свидетельством силы научных инноваций в обеспечении более устойчивого и устойчивого будущего для нашей планеты.
Подробнее о корнях растений
Как обсуждалось выше, корни растений играют ключевую роль в выживании и процветании растений. Они выполняют множество жизненно важных функций: от поглощения воды и питательных веществ до прочного закрепления растений в земле.
Виды корней
Стержневые корни: характеризуется одним доминирующим корнем, от которого отходят более мелкие боковые корни, стержневые корни глубоко проникают в почву . Эта система с глубокими корнями, примером которой являются морковь и одуванчики, помогает растениям получать доступ к воде из более глубоких слоев почвы и надежно закрепляться.
Волокнистые корни: мочковатые корневые системы, состоящие из густой сети корней одинакового размера, распространяются чуть ниже поверхности почвы. Травы и многие цветущие растения имеют этот тип корней, который превосходно предотвращает эрозию почвы и быстро поглощает влагу и питательные вещества из верхнего слоя почвы.
Придаточные корни: придаточные корни прорастают из неожиданных частей растения, таких как стебли или листья, часто в ответ на стресс или травму. Они играют решающую роль в вегетативном размножении и могут помочь растениям выжить в сложных условиях. Примеры включают воздушные корни орхидей и опорные корни мангровых зарослей.
Функции корней растений
Поглощение воды и питательных веществ: корни неустанно поглощают воду и растворенные минералы из почвы , транспортируя их к остальной части растения. Это поглощение происходит в основном через корневые волоски, крошечные отростки, которые увеличивают площадь поверхности корня и повышают эффективность поглощения питательных веществ.
Крепление и поддержка: корни закрепляют растения на земле, обеспечивая стабильность и поддержку. Эта способность к закреплению имеет решающее значение для растений, чтобы противостоять различным внешним силам, таким как ветер и дождь, и поддерживать их рост вверх к свету.
Хранение питательных веществ: многие корни также служат местом хранения питательных веществ и углеводов, которые растения могут использовать в периоды их нехватки. Клубни и луковицы являются примерами корней, модифицированных для хранения, обеспечивающих растения ресурсами, необходимыми для выживания в неблагоприятных условиях.
Производство гормонов: корни участвуют в выработке гормонов, особенно ауксинов, которые играют значительную роль в росте и развитии растений. Эти гормоны помогают регулировать различные процессы в растениях, включая деление и рост клеток, обеспечивая здоровое развитие растений.
Значение корней растений в экосистеме
Корни не только поддерживают жизнь растений, но и играют решающую роль в экосистеме. Они помогают поддерживать структуру почвы, предотвращают эрозию и способствуют развитию микробных сообществ, необходимых для здоровья почвы.
Более того, корни способствуют круговороту углерода, накапливая углекислый газ, тем самым играя роль в регулировании климата.
Подводя итог, можно сказать, что сложный мир корней растений является свидетельством сложности и устойчивости растительной жизни. Являясь основой растений, корни выполняют важные функции, которые не только обеспечивают выживание отдельных растений, но и поддерживают более широкий экологический баланс.
Понимание разнообразия и роли корней может углубить наше понимание этих жизненно важных, но часто упускаемых из виду компонентов мира природы.
Полный текст исследования был опубликован в журнале Crop Science.
