Nečekaně silné rozdíly v napětí vody napříč stonkem rostlin zaznamenal biolog Martin Bouda z Botanického ústavu AV ČR. Tyto rozdíly pak významně brzdí vodu v jejich nejširších cévách a mění dosavadní představy botaniků o průtoku vody rostlinami. Výsledky výzkumu, na němž vědec spolupracoval spolupráci s kolegy ze špičkových světových vědeckých pracovišť, uveřejnil časopis Nature Communications. Objev pomůže například vysvětlit, proč se v průběhu evoluce vyskytují jen určité typy dřeva. Své uplatnění může najít i při šlechtění rostlin odolných vůči suchu.
Výzkum Martina Boudy a jeho spolupracovníků se zaměřil na závislost průtoku vody na průměru cév xylému (specializované pletivo, kterým rostlina vede vodu do listů). 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 nebo raději tvoří cévy v malém rozpětí průměrů. 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 jsou vybarveny podle síly toku, červená znázorňuje nejsilnější toky.
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.
Na studii se podíleli vědci předních světových pracovišť – Carel W. Windt z výzkumného centra Forschungszentrum Jülich, Andrew J. McElrone z UC Davis a 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.
Odkaz na článek v Nature Communications: Martin Bouda, Carel W. Windt, Andrew J. McElrone & Craig R. Brodersen (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. (28.12.2019)
