Taimekasvu ergutamiseks fotosünteesi häkkimine võib olla arvatust keerukam
Fotosünteesida rohkem, riskides kaotada liiga palju vett, või hoida vett kokku, aga kaotada fotosünteesis? See on taime alaline dilemma, mille lahendamiseks on välja arenenud õhulõhed. TÜ taimebioloogid näitavad, et tulevikus tasuks eelistada pigem väiksema õhulõhede arvuga taimi, sest need kasvavad kiiremini.
Taimedele on gaasivahetus ümbritseva õhuga veel olulisem kui inimestele, sest lisaks hapnikule vajavad nad sealt süsihappegaasi. Õhu kättesaamiseks on taimedel lehepinnal mikroskoopilised poorid ehk õhulõhed, kirjutab Novaatoris Tartu Ülikooli taimefüsioloogia teadur Ingmar Tulva.
Viimased on liigutatavad: üldiselt teeb taim õhulõhed näiteks tugevama valguse toimel lahti ja veevaeguse korral tõmbab jällegi koomale. Nimelt aurab vesi nendesamade õhulõhede kaudu taimest välja ja ära kuivamine poleks taimele sugugi tervislik. Niisiis lahendavad taimed õhulõhedega kogu aeg optimeerimisülesannet, kuidas lasta võimalikult palju süsihappegaasi sisse, kaotamata samas eluohtlikus koguses vett.
Lisaks lahtisusele määrab õhulõhede läbilaskevõime ehk juhtivuse nende arvukus. Õhulõhesid on taimelehe pinnal üsna ohtralt: nii sadakond tükki ruutmillimeetri kohta. Selle eest, et neid sinna mõistlikus koguses saaks, hoolitseb lehe varajase arengu käigus keerukas geneetiline masinavärk. Selle vahendusel teavitavad kujuvõtvad õhulõhed naaberrakke oma plaanidest ja väldivad kogu lehepinna kontrollimatult auklikuks muutumist.
See masinavärk on viimasel kümnendil tõmmanud taimegeneetikute tähelepanu, kes otsivad vahendeid eelkõige põllumajandustaimede tõhusamaks muutmiseks. Ainult ühe-kahe geeni seadistamisega saab õhulõhede tihedust lehel kordades muuta. Lõhede paiknemist saab muuta tihedamaks, lootuses panna taim parema süsihappegaasi kättesaadavusega vägevamini fotosünteesima, või hõredamaks, lootuses sellega veekaotust vähendada.
Teadusrühmad maailma eri otstes on proovinud mõlemat ja saanud mõlemaga ka lootustandvaid tulemusi: ühed hoogustavad tihedust tõstes fotosünteesi, teised saavad tihedust vähendades parema veemajanduse. Kuna näiteks kasvuhoonetingimustes on võimalik veekaotust kompenseerida lisakastmisega, tundub just esimene lähenemine esmapilgul iseäranis lootustandev. Ehk võiks samas teine paremini sobida põllutaimede timmimiseks?
Vähem poore, kiirem kasv
Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudi molekulaarse taimefüsioloogia labori teadlastega avaldatud artiklis võtsime nõuks segadusse selgust tuua. Selleks kasvatasime erinevaid muudetud õhulõhede tihedusega ja avatusega taimeliine erinevate õhuniiskuste juures. Uurimuse tegime müürloogaga. Tegu on küll üpris tähtsusetu taimeliigiga, ent müürlooga füsioloogia ja geneetika on hästi läbi uuritud ning paljud veidrate omadustega mutatsioonid kergesti kättesaadavad.
Muudetud avatuse ja tiheduse kombineerimine on uus idee. Tahtsime kontrollida, kas kõrgema niiskuse juures jääb peale suurem õhulõhede tihedus. See tagaks parema süsihappegaasi juurdepääsu, ent võiks madalama niiskuse juures aga koormaks osutuda, sest veekaotus läheb ülekäte. Teisalt tahtsime teada, kas mingi suurema tiheduse ja vähema avatuse kombinatsioon võiks kujuneda kuldseks keskteeks.
Osutus, et tõepoolest, õhulõhede tiheduse tõstmine annab kerge võidu fotosünteesis, aga sellega kaasnes ikkagi järjekindel mahajäämus kasvukiiruses. Samas kuivemas õhus kasvasid kõik taimeliinid kehvemini – ühtviisi nii need, mil õhulõhesid ülearu, kui ka need, mil selles vallas kõik tavaline – nagu poleks õhukuivusel midagi tegemist sellega, kui palju on lehepinnal vett kaotavaid auke.
Mustrit kinnitab see, et ehkki õhulõhede avatus mõjutab samuti veekaotust, ei olnud sel mingit olulist mõju taimede kasvule. Kuidagimoodi pärsib kasvu just õhulõhede suur hulk, mitte see, kui palju sealtkaudu vett kaotsi läheb. Samas kaotavad taimed kasvus ka kuivema õhu korral, millel ilmselt ei ole seejuures midagi tegemist veekaotusega.
Nähtavasti on õhulõhede ehitamine taimele iseenesest koormav. See nõuab taimelt väga varajases arengus ressursse. Need tulevad teiste oluliste organite ülesehitamise arvelt ja õhulõhesid oleks sestap kasulikum teha klassikalise nii palju kui vajalik, nii vähe kui võimalik printsiibi järgi.
Töö jätkub
Üksiti avastasime, et õhuniiskusega mängimine kallutas õhulõhede paigutusmustrit lehe ala- ja ülakülje vahel. Paljud taimed, eelkõige meie laiuskraadil ja eriti lehtpuud, on õhulõhede paigutamises ühekülgsed, jättes lehe ülakülje hoopis auguvabaks.
Kõik taimed siiski nii ei tee. Mitmetel liikidel on ülaküljel päris arvestatavalt õhulõhesid – reeglina alaküljest siiski mõnevõrra vähem. Sellesse seltskonda kuulub ka meie kasutatud müürlook. Samas näiteks kõrrelistel, sh olulisimatel toidutaimedel nisul ja odral, on enamik õhulõhedest just ülaküljel.
See nähtus iseenesest on teadlastele teada juba üle sajandi. Miks aga nimelt on õhulõhed enamikul taimedest eelkõige alaküljel ja miks mõnel liigil ülaküljele üldse midagi ei panda, on jätkuvalt lahtine küsimus. Ebamääraseid ideid ringleb sel teemal palju, aga üht veenvat selgitust pole kellelgi.
Meie katsetes ilmnes, et kuivemas õhus nihkus tasakaal veidi ülakülje poole – erinevus polnud küll suur, aga see oli järjekindlalt olemas kõigis taimeliinides ja kokku pannes oli trend veenev. Suuremal üla-/alakülje tiheduste suhtel võib olla seos taime saagikusega. Kaudselt näitab sama ehk seegi, et põllumajandustaimede seas on õhulõhedeta ülaküljega liigid pigem erand. Küll aga vajab selge seose näitamine ja geneetiliste mehhanismide väljaselgitamine veel palju tööd.
Kas haljam tulevik on suurema või vähema õhulõhede tiheduse nägu? Meie tulemuste põhjal peaks tulevikus pigem vaatama vähema õhulõhede tihedusega taimeliinide suunas, isegi kunstlikes kasvutingimustes. Edasised uuringud peavad näitama, kas meie suhteliselt noorte taimedega saadud tulemused jäävad paika ka pikema kasvatamisega või teiste liikide juures ja milline roll võib olla taimelehe väheuuritud ülaküljel.
Artikkel ilmus ajakirjas The Plant Journal.
