Секрет выживания агавы: почему некоторые растения хорошо переносят даже суровую засуху

Любители текилы знают растение агава, которое является настоящим экспертом по удержанию воды и процветает даже в условиях экстремальной засухи. Недавно ученые поняли, как именно агава хранит воду в специализированных структурах листьев и использует фруктаны в качестве молекулярных губок. Это открывает потенциальные возможности для сельского хозяйства.

Агава действительно известна, как растение, которое крайне эффективно в хранении воды, что позволяет ему процветать в чрезвычайно сухих условиях.

В недавнем исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Applied Optics, ученые использовали терагерцовую спектроскопию и визуализацию, чтобы лучше понять, как эти суккуленты управляют водными ресурсами, чтобы выживать в самых засушливых условиях.

«Понимание того, как растения адаптируются к засушливым условиям, может привести к улучшению методов ведения сельского хозяйства и может быть использовано для разработки культур, требующих меньше влаги. Это может привести к повышению урожайности при меньшем потреблении воды, что принесет пользу фермерам, производству продовольствия и глобальной продовольственной безопасности», — считает Моника Ортис-Мартинес из Centro de Investigaciones en Optica в Мексике.

Исследование было сосредоточено на терагерцовых волнах, которые лежат между микроволнами и средней инфракрасной областью электромагнитного спектра. Поскольку вода сильно поглощает терагерцовое излучение, ученые использовали терагерцовую спектроскопию и визуализацию для измерения уровней гидратации в тканях растений, картирования распределения воды внутри и изучения того, как фруктановые сахара удерживают влагу на молекулярном уровне.

При этом, отмечают исследователи, такая технология является мощным инструментом для изучения растений без причинения им какого-либо вреда. Используя терагерцовую спектроскопию, они обнаружили, что агавы выживают в сухой среде, сохраняя воду в специализированной структуре листьев, и что ее фруктаны действуют как молекулярные губки, удерживая влагу.

«В пищевой промышленности наши выводы о фруктанах агавы и их исключительных водосвязывающих свойствах могут быть использованы для разработки новых пищевых ингредиентов, которые улучшают удержание влаги, текстуру и срок годности, особенно в сушеных или обработанных продуктах. Это может привести к созданию более здоровых, долговечных пищевых продуктов с меньшим количеством искусственных консервантов», — подчеркивает старший автор исследования Энрике Кастро-Камю.

Для терагерцовой визуализации ученые использовали терагерцовый спектрометр временной области с фемтосекундным волоконным лазером и субмиллиметровым разрешением пикселей. Они поместили тонкие ломтики листьев между излучателем и детектором, а затем использовали измерения поглощения воды для картирования уровней гидратации. Затем терагерцовый спектрометр временной области был перенастроен на геометрию ослабленного полного отражения для анализа растворов, содержащих фруктан.

«Наше исследование представляет несколько ключевых инноваций в изучении гидратации растений с использованием терагерцовой технологии, — считает Моника Ортис-Мартинес. — Одним из самых значительных достижений является неинвазивное обнаружение воды. В отличие от традиционных методов, требующих резки, сушки и взвешивания образцов растений, терагерцовая визуализация позволяет проводить анализ гидратации в реальном времени, не повреждая растение».

Анализ показал, что листья агавы имеют специализированную систему хранения воды, где внутренняя сердцевина листа остается высокогидратированной, в то время как внешний слой действует как защитный барьер для снижения потери влаги.

Ученые также обнаружили, что фруктаны обладают исключительной способностью притягивать и удерживать молекулы воды вокруг себя, гораздо сильнее, чем другие сахара. Это происходит потому, что разветвленная химическая структура фруктанов образует своего рода пористую губку, на которой может удерживаться H₂O, чтобы поддерживать растение гидратированным, несмотря на высокие температуры.

Сочетание способности сохранять воду на уровне тканей и удерживать воду на молекулярном уровне делает агаву чрезвычайно устойчивой к засухе, что позволяет ей процветать в засушливых условиях, где ощущается нехватка воды.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.