Листья растений кажутся надёжно защищёнными от внешней среды, однако на практике многие культуры быстро теряют свежесть после сбора. Особенно это заметно на примере салата, который стремительно вянет и легко заражается микроорганизмами. Учёные выяснили, что причина кроется не в отсутствии защитного слоя, а в его сложном устройстве на микроскопическом уровне. Новые данные позволяют по-новому взглянуть на механизмы обезвоживания растений. Об этом сообщает Наука Mail.
Листья, стебли, цветы и плоды растений покрыты кутикулой — тонким восковым слоем из липидов, который почти не пропускает воду и защищает ткани от высыхания и патогенов. Долгое время считалось, что эта оболочка относительно однородна и выполняет роль сплошного барьера. Однако испанские исследователи из Мадридского политехнического университета, а также университетов Мурсии и Валенсии решили проверить, почему при наличии такой защиты листья салата остаются столь уязвимыми. Современные представления о том, как растения регулируют рост и устойчивость к стрессу, в целом усложняются — на это указывают и данные о роли мелатонина в росте растений.
Для этого они применили атомно-силовую микроскопию и ряд других высокоточных методов, позволяющих изучать поверхность растений на микро- и наноуровне. Результаты показали, что кутикула вовсе не представляет собой равномерный слой.
Исследование выявило, что поверхность листа имеет химически неоднородную структуру. На ней чередуются участки, отталкивающие воду, и зоны, наоборот, притягивающие влагу. Особенно выражена эта особенность в области устьиц — микроскопических отверстий, через которые растение обменивается газами с окружающей средой.
Учёные изучали верхние и нижние листья салата ромэн — распространённого, но быстро портящегося сорта. Его склонность к увяданию и микробному заражению указывает на то, что кутикула работает менее эффективно, чем у многих других растений.
Поверхность листа в основном образована покровными и защитными клетками. Если покровные клетки имеют относительно однородный, богатый липидами и водоотталкивающий слой, то клетки устьиц устроены иначе. Они формируют отверстия, необходимые для поступления углекислого газа, но при этом становятся "слабыми местами" в защите листа.
Анализ показал, что устьица обладают выраженной химической неоднородностью: в них соседствуют гидрофобные и гидрофильные участки. Такие зоны облегчают испарение воды и могут служить входными воротами для бактерий и вирусов, что сближает эту проблему с более общими вопросами взаимодействия растений и патогенов, включая эволюцию растений-паразитов без фотосинтеза.
Исследователи предполагают, что именно гидрофильные участки кутикулы усиливают потерю влаги и повышают восприимчивость листьев к заражению. Одновременно неоднородный состав устьиц может влиять на транспорт веществ, механическую прочность листа и регуляцию газообмена.
В дальнейшем команда планирует изучить аналогичные структуры у других овощей и фруктов. Это поможет разработать новые подходы к сохранению свежести продукции, продлению сроков хранения и снижению потерь после сбора урожая.