Prestižní odborný časopis Science publikoval objev výrazně rozšiřující naše znalosti o tom, jak rostliny vnímají svět kolem sebe.

Velkým problémem dnešního zemědělství je zhutněná půda, která mimo jiné brzdí růst kořenů. Mezinárodní vědecký tým s českou účastí nyní zjistil, že kořeny by do ní dokázaly proniknout, ale s nadsázkou řečeno se jim moc nechce.

Nadměrné zhutnění přitom poznají překvapivým způsobem – díky plynnému rostlinnému hormonu etylénu. Tyto poznatky mohou pomoci šlechtit nové odrůdy plodin, které by dobře kořenily i ve zhutněné půdě. Na výzkumu se podílel Michal Karady ze společné laboratoře Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci.

Současné zemědělství dokáže produkovat velké množství potravin, často však bohužel nepříznivě ovlivňuje životní prostředí například přehnojováním, půdní erozí či nadměrným používáním pesticidů.

Jedním z vážných problémů je zhutňování půdy, které vzniká kvůli nevhodnému obdělávání polí a využívání těžké mechanizace. Zhutněná zemina je tvrdší, málo provzdušněná, špatně jí proudí voda a kořeny plodin v ní hůř rostou, což brzdí i růst nadzemních orgánů a snižuje výnosy.

Když kořen narazí na zhutněnou půdu, zpomalí svůj růst do délky a jeho špička začne tloustnout. Jak ale kořen pozná tvrdost půdy? Na to se snažil odpovědět mezinárodní tým vědců. Z vlastní zkušenosti bychom asi předpokládali, že kořenový systém má nějaká mechanická čidla, jakousi obdobu hmatových receptorů v lidské kůži.

Nový článek v časopise Science ovšem ukazuje, že rostliny zvolily naprosto odlišné řešení. Kupodivu se nespoléhají na mechanické podněty, ale na etylén – plyn, který rostliny aktivně tvoří a využívají jako hormon.

Etylén se v rostlinách podílí na řízení mnoha biologických pochodů od růstu semenáčků až po opad listů či zrání plodů. Má i praktické aplikace. Pomocí etylénu se například urychluje dozrávání banánů ve skladech, ze kterých se poté expedují do obchodů.

Ilustrační foto: Zemědělství se neobejde bez mechanizace. Její nesprávné používání však může vést ke škodlivému zhutňování půdy. Zdroj Wikimedia Commons, autor joost j. bakker, úpravy Jan Kolář, licence CC BY 2.0.

Jak ale rostliny konkrétně „měří“ tvrdost půdy pomocí etylénu? Buňky v kořenové špičce neustále vytvářejí malá množství tohoto plynného hormonu. V dobře prokypřené půdě je mnoho pórů, kterými se vznikající etylén rychle odvětrává pryč.

Zhutněná zemina má však pórů méně, etylén se proto hromadí v buňkách. Jeho vysoká hladina pak zpomaluje prodlužování kořene a podporuje jeho tloustnutí, což je typická odpověď kořenového systému na tuhou zeminu.

Na výzkumu se podíleli badatelé ze sedmi zemí. Jedním z nich byl doktor Michal Karady z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci.

„V Olomouci jsme stanovovali množství látky, z níž etylén v kořenech vzniká, abychom dokázali, že jeho zvýšená koncentrace a hromadění jsou skutečně důsledkem zhutněné zeminy, ne jiného fyziologického procesu. Námi naměřené hladiny potvrdily, že rostlina samotná nezvyšuje jeho produkci v odpovědi na růst skrze zhutněnou půdu v porovnání s normální půdou,“ doplnil doktor Karady.

Vědci studovali také rostliny rýže a huseníčku, které kvůli genetickým mutacím nereagují na zvýšené koncentrace etylénu. Zjistili, že kořeny mutantů dobře pronikají i do zhutněné půdy.

Geneticky normální rostliny by to tedy zvládly také, ovšem kvůli fungujícímu „etylénovému smyslu“ růst svých kořenů v takové situaci aktivně potlačují. Je pro ně zřejmě výhodnější podporovat jiné kořeny, které se dostaly do míst s kvalitnější, lépe prokypřenou zeminou.

* * *

Video

Porovnání růstu kořene v prokypřené a zhutněné půdě u semenáčků normální rýže (wild type) a mutanta nereagujícího na zvýšenou koncentraci etylénu (ethylene insensitive).

Odkaz na článek

Pandey BK, et al. (2021): Plant roots sense soil compaction through restricted ethylene diffusion. Science 371 (6526): 276-280. DOI: 10.1126/science.abf3013

https://science.sciencemag.org/content/371/6526/276 (placený přístup)

Text: Jan Kolář (Ústav experimentální botaniky AV ČR) a Šárka Chovancová (Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci)