Како растенијата се снабдуваат со железо - Извештај за иновации
Растенија (крес) на алкална почва со pH 7,7. Лево од растенија од див тип, од десно мутантите кои не можат да синтетизираат кумарини поради генетски дефект. Фото: Стол за физиологија на растенија, Универзитет во Бајројт; Бесплатно за објавување со повикување на изворот.
Ironелезото е од суштинско значење за виталните метаболички процеси во скоро сите живи суштества. Кај луѓето, недостаток на железо особено го оштетува формирањето на крв. Бидејќи зеленчуковата храна често содржи премалку железо, сегашните проценки сугерираат дека околу 30% од светската популација страда од повеќе или помалку тешка анемија.
Затоа, ширум светот постои голем интерес за размножување и одгледување на растенија кои складираат голем дел од железо во нивните компоненти за јадење - на таков начин што железото може да се апсорбира и преработува од човечкиот организам. „Биофортификација“ е целта на сè уште младо поле на истражување кое има за цел систематско зголемување на процентот на витални минерали како што се железо или цинк во растенијата.
Прекумерно ниво на pH во почвата: пречка за апсорпција на железо
Ironелезото е минерал кој се јавува особено често во земјата. Како по правило, тоа е компонента на железни оксиди и затоа е тешко да се раствори, така што не може да се апсорбира директно од корените на растенијата. Колку железото во почвата е достапно за растенијата, затоа клучно зависи од соодветната pH вредност на почвата.
Колку е поголема pH, толку понеповолни се условите за апсорпција на железо. Во светски рамки, вредноста на pH вредноста сега е превисока за околу 30 проценти од земјоделски корисните области, така што тука земјоделската продуктивност е ограничена од недостаток на железо.
Во принцип, истражувањето прави разлика помеѓу две стратегии со кои растенијата сè уште успеваат да добијат доволно железо. За растенијата што не се трева, оваа стратегија се состои од три чекори: Прво, нивните корени лачат супстанции кои ја зголемуваат киселоста на почвата и со тоа ја намалуваат неговата pH вредност.
Во понатамошен чекор, како резултат на зголемената киселост во почвата, железните оксиди се раствораат на површината на корените на растенијата и се претвораат во бивалентно железо. Само сега растенијата можат да го апсорбираат железото и да ги снабдуваат своите клетки со него. „Само ако детално е разјаснета оваа стратегија, еден ден ќе успее насоченото размножување на растенија што апсорбираат и складираат што повеќе железо од почвата“, објаснува проф. Стефан Клеменс, кој го држи столчето за физиологија на растенијата на Универзитетот во Бајројт.
Компаративни анализи на метаболички производи
Од особен интерес за истражување се супстанциите што обезбедуваат растенијата да се снабдуваат со минерали дури и кога е тешка апсорпцијата од почвата. Дали има такви супстанции?
За да може да се одговори на ова прашање, истражувачката група Бајројт предводена од проф. Клеменс избра истражувачки пристап кој се фокусира на метаболичките производи на растенијата. Научниците извршија компаративни метаболомски анализи на корените на лушпеста кора (Arabidopsis thaliana), што често се користи како „модел на растение“ во физиолошките истражувања на растенијата.
Беа снимени што е можно повеќе процеси и супстанции вклучени во метаболизмот - особено средните и крајните производи на метаболизмот. Прво, беа испитани корените на растенијата кои беа добро снабдени со железо. Следеа растенија кои беа изложени на хранлива течност без железо. Конечно, метаболомската анализа се фокусираше на растенија кои мораа да преживеат во хранлива течност што содржи железо со висока pH вредност.
Кумарини: клучни супстанции за железниот баланс на растенијата
Растенијата, на кои им беше тешко да апсорбираат железо како резултат на прекумерната pH вредност, формираа видливо голема количина кумарини во нивните корени; многу повеќе од другите растенија кои оптимално или воопшто не беа снабдени со железо. Особено скополетинот се наоѓал многу често во корените на растенијата. Кумарините се ароми кои припаѓаат на класата на феноли и се користат, на пример, во прехранбената индустрија како ароматични засилувачи.
Истражувањата на специјалните мутанти на кората на лисјата треба да ги следат овие наоди за да се покаже дали кумарините се навистина важни за исхраната на растенијата со железо. Кај мутантите, формирањето на кумарини било нарушено поради генетски дефект. Всушност, се покажа дека тие не се во состојба да апсорбираат железо содржано во хранлив раствор со висока pH вредност; само дополнителни хранливи материи што содржат железо може да обезбедат нивно преживување.
Мутантите не можат да растат на алкални почви. Во овој контекст, се покажа дека растенијата со непречена синтеза на кумарин можат да „спасат“ такви мутанти ако се во непосредна близина. Кумарините ослободени преку кореновиот систем го ставаат и железото на располагање на генетски неисправните соседи.
„Истражувачката работа во различни институти неодамна покажа дека фенолите кои се лачат од корените играат централна улога во минералната рамнотежа на растението“, објаснува проф. Клеменс. „Метаболомските истражувања што ги извршивме тука во Бајројт сега беа во можност да детектираат активни материи јасно докажете - исто така затоа што бевме во можност да анализираме многу метаболички производи во областа на коренот. Нашите откритија се многу интересна почетна точка за размножување и одгледување на корисни растенија кои се спротивставуваат на дефицитот на железо низ целиот свет и можат да ја зголемат продуктивноста на почви со превисока pH вредност. “
Метаболомика - ветувачко поле на истражување
Метаболомските анализи и нивната детална проценка се резултат на тесна интердисциплинарна соработка помеѓу биолозите и хемичарите во кампусот во Бајројт. Тие немаше да бидат можни без технологии за истражување што беа користени, особено гасна хроматографија со спој на масовна спектрометрија (GC-MS) и течна хроматографија - споена масовна спектрометрија за време на летот (UPLC-ESI-QTOF-MS).
„Метаболомиката може многу да ги објасни процесите со кои растенијата се тврдат во својата околина и може да помогне во карактеризирањето на составните делови на растенијата. Ние сакаме да продолжиме да користиме метаболомски методи на Универзитетот во Бајројт со цел да добиеме нови знаења за составот на растителна храна “, рече проф. Клеменс.