Жидкий дым меняет распределение продуктов фотосинтеза в растении

Во время лесных пожаров выделяется большое количество дыма. Инфильтрация почвы дымом способствует быстрому росту растений после пожара, некоторые виды растений даже предпочитают пепелища, а компоненты дыма используются для ускорения прорастания семян. Ученые из Миссурийского университета (США) проанализировали влияние компонентов дыма на физиологию растений.

Для высших растений характерна секториальность в распределении питательных веществ, тесно связанная с особенностями проводящих тканей и расположением листьев. Секториальность возникла в процессе эволюции, однако есть предположение, что манипулирование веществами, транспортируемыми по флоэме, может изменить ее с выгодой для растения.

Авторы новой работы изучили распределение углерода в растении при обработке его жидким дымом. Жидкий дым производится конденсацией продуктов сжигания древесины, поэтому авторы посчитали, что его химический состав не отличается от такового у дыма лесных пожаров. В качестве модельного растения использовали подсолнечник (Helianthis annuus). Чтобы сымитировать рост после пожара и отследить распределение продуктов фотосинтеза (фотосинтатов), ученые помещали один лист подсолнечника в газовую ячейку, куда поступал углекислый газ, содержащий радиоактивный изотоп углерода ¹¹C. В почву добавляли жидкий дым или отдельные соединения, входящие в его состав, и анализировали содержание фотосинтатов с радиоактивной меткой в разных частях растения. Контрольные растения ничем не обрабатывали.

Жидкий дым нарушал секториальность сосудистой системы листа и корней — метка определялась не только во флоэме, но и в других тканях. Похожий эффект давали пирокатехин и резорцин, но не гидрохинон. Жидкий дым также изменял архитектуру корневой системы: в 3–4 раза укорачивался стержень и значительно увеличивалась длина третичных корней (подсолнух — двудольное растение, он обладает стержневой корневой системой). Как и в предыдущем эксперименте, схожее действие оказывали пирокатехин и резорцин.

На следующем этапе ученые проверили действие жидкого дыма при выращивании в течение 72 дней вне лаборатории. Состояние растений, обработанных и не обработанных жидким дымом оценивалось раз в неделю. Жидкий дым увеличивал размеры листьев и толщину сосудов, при этом листья становились морщинистыми. Различий в скорости роста между обработанными и контрольными растениями не было, но у первых быстрее увеличивалась толщина стебля. Жидкий дым также в 2,4 раза повышал количество цветков на каждом растении, но не влиял на их размер.

Ткани растений, обработанных жидким дымом, казались более жесткими, поэтому ученые проверили содержание лигнина в них. Содержание лигнина в листьях растений, получивших жидкий дым, оказалось на 35% выше, чем в листьях контрольных растений. При этом содержание лигнина в стеблях значимо не различалось.

Авторы предполагают, что компоненты жидкого дыма связываются с бором, который необходим для поддержания целостности стенок растительных сосудов. Это приводит к «протечкам» и потере секторальности. С изменением метаболизма бора может быть связано увеличение содержания лигнина в листьях, которое выгодно для растения, так как делает его более устойчивым к неблагоприятным факторам среды. По мнению ученых, необходимы дальнейшие исследования влияния жидкого дыма на растения и поиск оптимальных дозировок для сельскохозяйственного использования. При этом нужно помнить, что результаты, полученные в экспериментальных условиях на подсолнечнике, необязательно будут соответствовать таковым для других растений.