Представьте, что растения не просто пьют питательные вещества, растворенные в воде, а на самом деле поедают крошечные минеральные частицы прямо из почвы. Новое исследование проливает свет на то, что пшеница и салат не просто пассивные едоки — они активно захватывают, транспортируют и используют твердые минералы от своих корней до побегов. Это открытие не только удивительно, но и намекает на новые способы стимулирования роста сельскохозяйственных культур и улучшения состояния окружающей среды, прокладывая путь к более разумным методам ведения сельского хозяйства.
эксклюзив 🔹
Известно, что растения традиционно получают питательные вещества в растворенных формах, но поглощение твердых минеральных частиц в значительной степени не изучено. Текущие методы ведения сельского хозяйства и оценки окружающей среды могут упускать из виду потенциал растений для прямого использования этих частиц.
Понимание этого исследования прямых путей поглощения обеспечивает важное понимание того, как растения взаимодействуют с почвенной средой, потенциально изменяя то, как мы управляем питанием сельскохозяйственных культур и здоровьем почвы. Исходя из этих проблем, существует настоятельная необходимость глубже изучить это явление.
Исследование, проведенное исследователями из Государственной ключевой лаборатории почвы и устойчивого сельского хозяйства Института почвоведения Китайской академии наук, опубликованное в журнале Eco-Environment & Health , показывает, как растения пшеницы и латука поглощают и транспортируют частицы каолина. Используя ковалентную маркировку и передовые методы микроскопии, исследователи отслеживали движение частиц, предлагая новаторские идеи о способности растений взаимодействовать с их нерастворимой минеральной средой.
«Каолин, вездесущий алюмосиликатный минерал в почве, играет многогранную роль в росте растений. Его положительное влияние обусловлено способностью алюмосиликатных минералов удерживать минеральные питательные вещества на поверхности почвы, предотвращая их миграцию в глубокие слои почвы. Эти частицы выполняют важные функции в наземной биогеохимии, взаимодействуя с органическим веществом и выступая в качестве резервуара для минеральных элементов. Современные модели минерального питания растений фокусируются на получении растворенных минеральных ионов или молекул. Исследования показали, что корни могут поглощать водную форму H 4 SiO 4, мономерные виды алюминия и растворимые комплексы через апопластный путь с последующим отложением в виде фитолита в эндодерме.
Однако потенциальный вклад субмикронных частиц каолина (важного компонента почвы) в поглощение растениями остается неоднозначным и в значительной степени игнорируется с точки зрения прямого внесения. Хотя считается, что полоски Каспари корневого эндодермиса действуют как барьер для апопластических путей экзогенных частиц в корневую стелу, прямая биодоступность частиц алюмосиликатных минералов для сельскохозяйственных растений все еще не определена. Прерывистые области в полосках Каспари на верхушке корня и в местах зарождения вторичного корня могут потенциально способствовать апопластическому пути транспортировки экзогенных частиц.
Недавние исследования показали, что трещины, образующиеся в местах соединения новых боковых корней, могут впитывать обычные микрометровые частицы пластика из почвы и раствора. В нескольких отчетах высказывалось предположение, что некоторые морские водоросли или папоротники могут напрямую поглощать частицы из почвы или соленой воды, основываясь на составе и структуре силикатных частиц, схожих с редкоземельными элементами, обнаруженными в растениях. Судьба частиц каолина в сельскохозяйственных культурах после интернализации (процесса освоения внешних структур, после чего они превращаются во внутренние) остается неизвестной», пишут авторы работы.
Исследователи использовали гидропонные и почвенные системы для изучения того, как растения пшеницы и салата усваивают и транспортируют частицы каолина. Благодаря передовым методам, таким как флуоресцентные красители и лантановая маркировка, исследование показало, что эти минеральные частицы поглощаются в местах появления боковых корней, минуя защитную полосу Каспари.
Изображения сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (СТЭМ) частиц каолина, обнаруженных в ксилемном соке, в режиме высокоуглового кольцевого темного поля (HAADF) и элементное картирование. Фото: Eco-Environment & Health (2024). DOI: 10.1016/j.eehl.2024.05.002.
Этот неожиданный путь предполагает прямой механизм поглощения минералов, ранее не задокументированный в науке о растениях. В то время как пшеница показала более высокую скорость поглощения в гидропонике, значительная транслокация частиц в побеги наблюдалась у обоих видов при выращивании в почве.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что взаимодействие с почвой может повысить способность растений использовать твердые минералы, бросая вызов традиционным взглядам на питание растений и предлагая новые пути оптимизации сельского хозяйства.
Доктор Юнмин Ло, старший научный сотрудник исследования, заявил: «Наши результаты бросают вызов устоявшимся предположениям о взаимодействии растений и минералов. Способность сельскохозяйственных культур напрямую использовать твердые минералы может привести к инновационным стратегиям биоукрепления и расширению возможностей фиторемедиации, что обеспечит значительные преимущества для устойчивого сельского хозяйства и управления окружающей средой».
Это исследование открывает новые возможности для сельскохозяйственных практик, потенциально приводя к разработке сортов сельскохозяйственных культур, оптимизированных для прямого поглощения минералов, повышения эффективности роста и устойчивости к окружающей среде. Кроме того, понимание этих путей может произвести революцию в нашем подходе к управлению почвой, адаптируя стратегии, которые используют естественные возможности растений для улучшения питательных циклов и снижения зависимости от химических удобрений.
Источник: Государственная ключевая лаборатория почвы и устойчивого сельского хозяйства Института почвоведения Китайской академии наук.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
