Ученые из Окриджской национальной лаборатории США (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) создали исследовательскую платформу ризосферы на чипе для изучения экосистемы вокруг корней тополя.
Это позволит получить точную информацию о состоянии здоровья растений и количестве углерода в почве.
Крошечные каналы и камеры выгравированы на стекле микроскопа, чтобы можно было вводить жидкости и изучать биохимическое разделение.
Авторы исследования сымитировали почву на чипе, прорастили тополь в жидкости и изучили среду вокруг его корней – ризосферу. Пористость микрообитания, то есть соотношение жидкого пространства к общей площади, включая синтетическую почву, была рассчитана как 0,38, что приблизительно соответствует пористости супесчаного суглинка. Большая и малая оси синтетической почвенной среды обитания имеют размеры 75 мм и 37,7 мм соответственно, обеспечивая достаточно места для роста корней в течение длительных интервалов времени, при этом оставаясь приемлемым размером для оптической микроскопии. Теоретический внутренний объем порового пространства составляет 246 мкл.
В ходе экспериментов ученые смогли увидеть, как микробы взаимодействуют с химическими веществами в искусственной почве. Это позволит им в будущем повлиять на здоровье растений и лучше понять процессы, регулирующие накопление углерода.
Ризосфера – одна из самых сложных систем в мире, в которой корни растений поглощают воду и питательные вещества, создают уникальную физическую и биогеохимическую среду для микробов, выделяют в почву атмосферный углерод. Исследователи ORNL сосредоточились на том, как бактерии и грибы взаимодействуют с корнями растений, чтобы помочь растениям расти быстрее и выживать во время засухи, лесных пожаров, бороться с болезнями и вредителями.
«Очень трудно заглянуть внутрь почвы, чтобы наблюдать за этими процессами, поскольку частицы очень темные», – отмечает Джек Кэхилл из отдела биологических наук ORNL. Ризосфера на чипе позволяет исследователям создавать модельные системы, а затем использовать такие методы, как масс-спектрометрия, для определения химических веществ и их распределения вокруг корней растений. «Используя масс-спектрометрию, мы можем «подслушать разговор» между живыми системами растений, грибов и микробов, чтобы выяснить, как и почему они делают те сумасшедшие вещи, которые они делают», – сказал Скотт Реттерер, возглавляющий секцию синтеза наноматериалов.
Используя платформу, специалисты ORNL обнаружили высокую концентрацию аминокислот очень близко к корням растений – феномен, который ранее оставался незамеченным. По словам ученых, ранее считалось, что эти соединения перемещаются и растворяются в структуре почвы. Однако сейчас выяснялось, что это не так.
Комментарии