Как растительные корни пробиваются сквозь твёрдую почву

Проходить сквозь твёрдую землю корням помогает особый «проходческий щит», делающий их прочнее и гибче.

Растениям тяжело расти на плотной почве: в верхних слоях не хватает воды и воздуха, а пробиться в нижние слои, где вода есть, корни не могут. Однако некоторые растения с этой проблемой справляются – благодаря особому строению корней.

Как известно, растительные клетки окружены клеточной стенкой, один из главных компонентов которой – это лигнин, сложный полимер, добавляющий клеточной стенке прочности. Можно предположить, что в корнях растений, которые хорошо растут на твёрдой почве, содержится больше лигнина. Сотрудники Университета штата Пенсильвания экспериментировали с несколькими сортами пшеницы и кукурузы: по геному сортов было видно, у кого лигнина синтезируется больше, а у кого меньше. Растения выращивали на почвах разной плотности, в одном случае эксперимент ставили на природе, а в другом случае –  в теплице.

Пшеница и кукуруза росли на плотных и рыхлых почвах больше месяца, после чего у них измеряли длину корней и общую биомассу. Кроме того, строение корней изучали с помощью специальной лазерной томографии. Всё это сопоставляли с растительными генами. Оказалось, что у более «пробивных» разновидностей пшеницы и кукурузы на корнях есть особая структура – MCS, multiseriate cortical sclerenchyma, что можно перевести как «многослойная кортикальная склеренхима».

Склеренхимой называют механическую ткань, которая образована клетками с очень толстой одревесневшей оболочкой, причём живое содержимое клеток часто отмирает. Она служит опорой растению, и найти её можно в стеблях, корнях, черешках листьев и т. д. То, что нашли в корнях пшеницы и кукурузы – особая разновидность склеренхимы, которая выглядит как плотно упакованные слои мелких клеток, располагающиеся прямо под поверхностью корня. Отчасти это можно сравнить с проходческим щитом, который используют для рытья подземных тоннелей.

Одетые в MCS корни действительно содержат больше лигнина, они прочнее и одновременно эластичнее, чем корни без MCS. Поэтому прорастают они глубже, дотягиваясь до воды в более глубоких слоях почвы, и потому растения с такими корнями лучше растут. В статье в PNAS говорится, что кукурузные корни с этой склеренхимой прорастают в плотную почву на 22% глубже, а само растение наращивает на 39% больше биомассы.

Способность формировать склеренхимный «проходческий щит» на своих корнях есть только у 30–50% сортов кукурузы, пшеницы и ячменя. Вполне возможно, что такая способность есть не только у злаков, но и у других культурных растений. И очевидно, что эту особенность нужно учитывать, когда выбираешь, какой сорт посеять на той или иной почве.

По материалам Phys.org