Martin Bouda z Botanického ústavu AV ČR zpochybnil dosavadní představy o průtoku vody cévami rostlin

Martin Bouda z Botanického ústavu AV ČR, ve spolupráci s kolegy ze špičkových světových vědeckých pracovišť, objevil nečekaně silné rozdíly v napětí vody napříč stonkem rostlin, které významně brzdí vodu v jejich nejširších cévách. Výsledky svého výzkumu o závislosti průtoku vody na průměru cév xylému (specializované pletivo, kterým rostlina vede vodu do listů) zveřejnil v prestižním časopise Nature Communications. Průtoky naměřili na stonku živé vinné révy, když jako vůbec první zkombinovali 3D rekonstrukci stonku z rentgenové mikrotomografie s měřením průtoků pomocí magnetické rezonance.

Mohli jsme tak nahlédnout přímo do živého stonku a přesně určit tok vody cévami bez obvyklých experimentálních manipulací. Naměřené hodnoty jsme pak porovnali s výpočty klasickou rovnicí, která má jev popisovat. Ukázalo se však, že známý vztah mezi průměrem cévy a průtokem vůbec neplatí. Sílu toků totiž neurčují vlastnosti jednotlivých cév, ale komplexní trojrozměrná struktura pletiva jako celku,“ říká Martin Bouda.

Studie významně rozšiřuje dosavadní chápání hydraulické funkce rostlin a odhaluje nové principy, kterými se řídí konstrukce jejich vodonosných pletiv. Pomáhá například vysvětlit, proč dřeviny nejčastěji buď své široké cévy shlukují dohromady (viz obrázek dřeva jasanu) nebo raději tvoří cévy v malém rozpětí průměrů (viz obrázek dřeva javoru). Oběma způsoby se totiž zamezuje přesouvání napětí vody ze širokých cév do úzkých a tedy celkovému zhoršování prostupnosti dřeva vodou, které by pro rostlinu bylo nevýhodné (při suchu by např. dříve vadly listy).

Průřez stonkem vinné révy: jedinečná kombinace rentgenové mikrotomografie v rezoluci 3,2 μm s údaji o síle průtoku z magnetické rezonance (cévy vybarvené podle síly toku, červená znázorňuje nejsilnější toky). Kredit: Craig Brodersen.

Na základě nových poznatků se bude muset přehodnotit význam, který se dosud velkým cévám ve vedení vody připisoval, a uvažovat o prostorové struktuře xylému komplexním způsobem. Vedle vědeckého významu při objasňování evoluce cévnatých dřevin má tento výsledek i potenciální uplatnění např. při šlechtění rostlin odolných vůči suchu.

Pohled mikroskopem na dřevo jasanu ztepilého; cévy až do průměru 250μm, buněčné stěny obarvené na červeno. © 2005 WSL – F. Schweingruber, W. Landolt
Pohled mikroskopem na dřevo javoru babyka; průměr cév 50-80μm, buněčné stěny obarvené na červeno. © 2005 WSL – F. Schweingruber, W. Landolt

Na studii se podíleli vědci předních světových pracovišť – Carel W. Windt z výzkumného centra Forschungszentrum Jülich, Andrew J. McElrone z UC Davis, Craig R. Brodersen z Yale University. Měření byla provedena na odrůdě Cabernet Sauvignon, která je hojně využívaná ve vinařství. Po měření průtoků magnetickou rezonancí v německém výzkumném centru v Jülichu musely být vzorky stonků převezeny až do kalifornského Lawrence Berkeley Lab na specializované pracoviště rentgenové mikrotomografie. Výpočty a 3D simulace toku se prováděly v Botanickém ústavu AV ČR. Význam článku v oboru hydrauliky rostlin vyzdvihl vědecký server F1000, který upozorňuje na nejdůležitější nové poznatky v biologii.

Bouda M., Windt C. W., McElrone A. J., Brodersen C. R. 2019. In vivo pressure gradient heterogeneity increases flow contribution of small diameter vessels in grapevine. Nature Communications: 10 (1) 1-10.

DOI: 10.1038/s41467-019-13673-6.
Zdroj: ibot.cas.cz
Úvodní foto: pixabay.com