Как и любой другой организм, растения могут испытывать стресс из-за жары, засухи или других неблагоприятных условий. Как правило, пережившие стресс растения не вырастают большими и урожайными — и это большая проблема для фермеров.
Чтобы увеличить урожаи, учёные генетически модифицируют растения. Однако модифицированные для более высокой урожайности растения обычно имеют меньшую устойчивость к стрессу, поскольку тратят больше энергии на рост, чем на защиту от внешних факторов. И наоборот — улучшение способности растений переживать стресс часто приводит к тому, что они дают меньший урожай, потому что тратят больше энергии на защиту, чем на рост. Этот парадокс затрудняет улучшение производства сельскохозяйственных культур.
Учёные из Университета Теннесси (США) изучали, как растительный гормон этилен регулирует рост и реакцию растений на стресс, и в ходе исследования сделали неожиданное и захватывающее наблюдение. Они обнаружили, что, когда семена прорастают в темноте под землей, добавление этилена может увеличить как их рост, так и устойчивость к стрессу.
Впервые растительный гормон этилен был обнаружен более 100 лет назад. С тех пор исследования показали, что все изученные наземные растения производят этилен. Помимо контроля роста и реакции на стресс, он также участвует в других процессах, таких как изменение цвета листьев осенью и стимулирование созревания фруктов.
Открытие, сделанное американскими учёными было во многом случайным. Они проводили эксперимент, в ходе которого семена прорастали в тёмной комнате. Для этого эксперимента семена подвергали воздействию газообразного этилена в течение нескольких дней. После окончания эксперимента проросшие семена обычно выбрасывали, но в этот раз исследователи решили вырастить из них растения для дальнейших экспериментов. Через несколько дней после помещения рассады на свет сотрудники лаборатории сделали неожиданное наблюдение: растения из семян, кратковременно обработанных этиленом, были намного крупнее. У них были более крупные листья, а также более длинная и сложная корневая система, чем у растений, не подвергавшихся воздействию этилена. Эти растения продолжали расти более быстрыми темпами на протяжении всей своей жизни.
В дальнейшем выяснилось, что стимуляцию роста при воздействии этилена во время прорастания семян проявляют различные виды растений. Это было проверено на прорастающих семенах томатов, огурцов, пшеницы и руколы — все они увеличились в размерах. Но и это ещё не всё — оказалось, что кратковременная обработка этиленом также повысила устойчивость растений к различным стрессам, таким как солевой стресс, высокая температура и низкий уровень кислорода.
Это исследование показывает, что условия окружающей среды во время прорастания могут иметь глубокие и долгосрочные последствия для растений, которые могут одновременно увеличить как их размер, так и их устойчивость к стрессу. Понимание механизмов этого процесса важно и может помочь улучшить производство сельскохозяйственных культур, чтобы прокормить население мира.
