Khám phá giới hạn thẩm thấu nước từ đất khô của cây cối

Đó là một trong những vấn đề tồn tại rất lâu trong thế giới sinh học. Rút cục, nhà sinh học cây trồng H. Jochen Schenk ở trường đại học bang California tại Fullerton và cộng sự đã giải được câu hỏi này.

Các nhà nghiên cứu đã khám phá ra tại sao cây cối lại không thể hoạt động như đúng chức năng của nó trên những mảnh đất khô hạn nhất. Nghiên cứu do Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ tài trợ.

Họ xuất bản công trình “Cavitation in lipid bilayers poses strict negative pressure stability limit in biological liquids” trên Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nghiên cứu này có vai trò rất quan trọng, nhà sinh học thực vật và cả các nhà vật lý đánh giá, bởi nó giải thích các giới hạn để tăng trưởng trong những cây có khả năng chịu hạn ở Nam California cũng như những vùng đất hạn trên khắp thế giới. Nó cũng giúp giải thích các giới hạn về chiều cao của cây ví dụ như những loài gỗ đỏ.

“Ở quanh chúng ta có những loài cây có khả năng sống ở những vùng khô hạn của trái đất và chúng có thể hút nước khỏi những vùng cực hạn ở những giới hạn của những gì có thể về mặt vật lý”, Schenk cho biết.

Với áp suất âm hoặc lực hút, cây cối có thể hút nước từ đất lên trong mạch gỗ (xylem), loại mao mạch truyền dẫn chất lỏng và ion khoáng từ rễ lên thân và lá, tương tự như mạch máu ở động vật.

Một số loại cây như hoaryleaf ceanothus (một loài thực vật có hoa họ Táo), tạo được lực hút lớn nhất so với bất kỳ thực vật nào trên thế giới, với hệ thống rễ có khả năng thẩm thấu nước từ những loại đất cực hạn.

“Các phân tử nước trong các cây này đã được kéo căng. Thông thường nó không dễ bị tách ra bởi các phân tử nước có thể “dính” vào nhau rất tốt”, Schenk nhận xét. “Dẫu vậy thì lớp lipid kép trong nước không hoàn toàn gắn kết với nhau, vì vậy trước lực hút cực mạnh, chúng bắt đầu bị phân tách và đó là những gì mà nghiên cứu của chúng tôi đã tìm ra”.    

Khi các lớp lipid này (các chất tự nhiên không tan trong nước ở nhựa cây) bị đẩy ra, các lỗ trống trong hệ dẫn mao mạch lớn lên thành các bong bóng khí ngăn nước chuyển động.

“Nghiên cứu này là một ví dụ về sức mạnh của các cách tiếp cận liên ngành – trong trường hợp này là cấu trúc cây trồng, vật lý và mô phỏng tính toán về chuyển động của các phân tử – để giải quyết những câu hỏi đã tồn tại từ rất lâu trong sinh học”, Irwin Forseth, giám đốc bộ phận Các hệ sinh vật thống nhất của NSF, nói. “Nghiên cứu này cũng có giá trị dự đoán sự phản hồi của thực vật với những thay đổi của môi trường có thể dẫn đến sự gia tăng của đất hạn trên khắp thế giới”.

Thanh Phương dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-05-limits-ability-soil.html