Ғалымдар өсімдіктердің жапырақ бетінде орналасқан ұсақ тесіктер — устьицалар арқылы ауаны сіңіретінін бұрыннан анықтаған. Бұл микроскопиялық саңылаулар реттелетін клапандар секілді жұмыс істейді: олар көмірқышқыл газын фотосинтез үшін жапыраққа өткізіп, бір мезгілде су буын атмосфераға шығарады. Алайда жақын уақытқа дейін осы тепе-теңдікті нақты уақытта бақылау өте қиын болатын.

Жақында Иллинойс университетінің Урбана-Шампейн кампусындағы зерттеушілер бұл процесті егжей-тегжейлі бақылауға мүмкіндік беретін инновациялық жүйе жасап шығарды. Олардың жұмысында «Stomata In-Sight» деп аталатын құрал ұсынылған, ол өсімдік ғылымындағы басты кедергілердің бірін жояды — енді ғалымдар устьицалардың ең ұсақ қозғалыстарын тіркеп, жапырақ пен атмосфера арасындағы газ алмасу көлемін қатаң бақыланатын жағдайда бір уақытта өлшей алады.

Устьицалардың ауыл шаруашылығындағы маңызы

Устьицалар (грек тілінен аударғанда «ауыз» деген мағына береді) әлемдік ауыл шаруашылығында маңызды рөл атқарады. Бұл саңылаулар ашылғанда, өсімдіктер өсу үшін қажетті көміртекті алады, бірақ сонымен бірге су жоғалтады. Осы тепе-теңдікке байланысты жапырақтағы устьицалар саны мен олардың ашылып-жабылу ерекшеліктері өсімдіктің суды қаншалықты тиімді пайдаланатынына тікелей әсер етеді.

Бұл процестерді түсіну — аз су жұмсап, тұрақты өнім, биотопливо және биопродукт беретін дақылдарды өсіру үшін, әсіресе құрғақшылыққа ұшырайтын аймақтарда өте маңызды. Зерттеушілердің айтуынша, бұрын устьицаларды бақылау мен олардың қызметін өлшеу арасында таңдау жасауға тура келетін.

Бұрынғы әдістердің шектеулері

Бұрын устьицаларды зерттеу үшін көбіне жапырақтың ізін алу әдісі қолданылатын, ол тек статикалық сәтті ғана көрсететін. Басқа тәсілдерде стандартты микроскоптар пайдаланылды, олар жапырақты көруге мүмкіндік бергенімен, қоршаған ортаны бақылауға жағдай жасамады. Бұл маңызды, себебі устьицалар жарық, температура, ылғалдылық пен көмірқышқыл газы деңгейінің өзгеруіне жылдам жауап береді.

«Stomata In-Sight» жүйесінің технологиялары

Жаңа жүйе үш озық технологияны бір құрылғыда біріктіреді:

• Тірі конфокальды микроскопия — лазерлік визуализация әдісі, ол өсімдік жасушаларының үш өлшемді анық бейнесін тіндерді зақымдамай алуға мүмкіндік береді.
• Жапырақтың газ алмасуын өлшеу — жоғары сезімтал құрылғылар жапырақ қанша CO₂ сіңіретінін және қанша су буын шығаратынын дәл анықтайды.
• Қоршаған ортаны бақылау — арнайы камера жарық, температура, ылғалдылық және CO₂ деңгейін дәл реттеп, өсімдіктің өсу жағдайын шынайы түрде имитациялайды.

Бұл құралдарды біріктіру арқылы ғалымдар устьицалардың қоршаған орта өзгерістеріне қалай жауап беретінін тікелей бақылап, өсімдіктің реакциясы туралы нақты уақыт режимінде деректер ала алады — бұл бұрын мүмкін болмаған еді.

Селекция мен тұрақты егіншілік үшін болашағы

Өсімдіктердің жұмысын осылайша терең зерттеу дақылдарды сұрыптау тәсілін түбегейлі өзгерте алады. Устьицалардың ашылып-жабылуына әсер ететін физикалық және химиялық сигналдарды анықтап, устьицалар тығыздығының бұл мінез-құлыққа қалай ықпал ететінін түсіну арқылы зерттеушілер суды тиімді пайдаланатын «ақылды» өсімдіктерге тән генетикалық белгілерді анықтай алады.

Бұл өте маңызды, себебі суға қолжетімділік — ауыл шаруашылығын шектейтін басты экологиялық фактор. Суды тиімді пайдалану дақылдарға ыстық пен құрғақшылыққа төтеп беруге көмектеседі.

Жүйе Иллинойс университетінің Өсімдік биологиясы департаменті мен Геномдық биология институтында жасалды. Зерттеу АҚШ Энергетика министрлігінің Биологиялық энергетика және биопродукт инновациялары орталығы, Ұлттық ғылыми қор және жеке қайырымдылықтар арқылы қолдау тапты. Нәтижелері Plant Physiology журналында ашық түрде жарияланды.