Как экстремальные температуры влияют на одну из главных культур наших огородов — томат? Новое исследование рисует тревожную картину будущего, в котором всё сложнее и сложнее будет выращивать томаты.
Жара и засуха, от которой трескается земля, — это уже не сцена из апокалиптического фильма, а реальность современных летних месяцев во многих регионах.
Две группы учёных провели исследования. Первая группа изучила подробно влияние жары и засухи на томаты. Вторая группа решила выяснить, когда же наступает тот самый переломный момент, после которого томаты перестают плодоносить.
Из-за глобального потепления лето становится все жарче, засухи — длиннее, а ливни в некоторых регионах — мощнее. Выращивать томаты и не только томаты в таких условиях совсем непросто.
И, по словам ученых, «игра» эта будет только усложняться.
Новая норма: когда прошлогодняя аномалия становится стандартом
«То, что 20 лет назад считалось очень жарким летом, сегодня стало нашей обычной нормой. А нынешнее аномально теплое лето станет стандартом через два десятилетия», — констатирует профессор биологии Дж. Д. Льюис.
Это не абстрактные прогнозы. Как специалист по репродуктивной экологии растений, он уже видит, как изменения температуры и режима осадков в его регионе начинают влиять на томаты. Уже сейчас садоводы замечают, что сохранять влагу в почве и получать стабильный урожай становится все сложнее.
Но чтобы понять истинные масштабы проблемы, нужно заглянуть внутрь цветка. Исследования показывают шокирующие результаты.
Что происходит с томатами в жару? Ученые заглянули внутрь цветка
Высокие температуры буквально калечат репродуктивные органы томатов, что и объясняет низкие урожаи в жаркое лето. Вот как это работает:
Ключевая проблема: Пыльца не созревает
Самый уязвимый период для томата — за 8-13 дней до раскрытия цветка, когда в тычинках формируется пыльца. Даже небольшое повышение температуры всего на несколько градусов выше оптимальных +26°C днем может быть критическим.
Что видно невооруженным глазом:
У цветков, переживших жару, тычинки становятся уродливыми.
Пестик (столбик) неестественно вытягивается, что нарушает весь процесс опыления.
Что видно под микроскопом (главная причина бесплодия):
Жара вызывает сбои в работе тапетума — особого слоя клеток в тычинке, который работает как «няня» для молодой пыльцы. Он должен кормить ее и выделять специальные вещества для созревания.
В норме: Тапетум функционирует правильно, пыльца созревает, становится плотной и жизнеспособной.
При стрессе: Клетки-«няни» (тапетум) погибают. В результате незрелая пыльца остается без питания и не может правильно сформироваться. Она становится «пустой» (с аномальными вакуолями), сморщенной и нежизнеспособной.
Под воздействием трехдневной жары в тычинках и пыльце томата наблюдаются критические изменения: клетки, ответственные за питание пыльцы (тапетум), разрушаются, а сами пыльцевые зерна дегенерируют, образуя аномальные вакуоли. Электронная микроскопия показывает, что пыльца теряет влагу, сморщивается, а ее поверхность покрывается обломками тапетума, что свидетельствует о глубоком нарушении развития.
Вывод:
Жара не просто сушит растение — она на клеточном уровне нарушает тонкий процесс формирования пыльцы, делая цветок бесплодным. Именно поэтому даже при обильном цветении в жаркий сезон завязывается так мало плодов.
Научный эксперимент: что губит томатные цветы?
Чтобы заглянуть в будущее, команда ученых во главе с аспиранткой Монтсе Соуса-Санчес проводит эксперимент на исследовательской станции «Луис Калдер Центр». Их главный вопрос: Сколько стресса выдержит томат, прежде чем сдаться?
Суть в том, что для образования плодов растению нужна жизнеспособная пыльца. Жара и засуха могут нарушить этот тонкий процесс. Но где та грань, за которой урожая уже не ждать?
Чтобы это выяснить, исследователи создали для томатов четыре разных «сценария будущего»:
- Прошлое: Температура +29°C (как 30 лет назад) + нормальный полив.
- Прошлое с засухой: +29°C + недостаток воды.
- Будущее: Температура +32°C (прогноз на следующие 30 лет) + нормальный полив.
- Будущее с засухой: +32°C + недостаток воды.
Четыре группы по 18 растений. Две группы выращивались в камере с температурой 29°C, что соответствует средней температуре июля в регионе Нью-Йорка 30 лет назад. Сейчас средняя температура в регионе составляет около 30°C.
Две другие группы выращивались в камере с температурой 32°C, что соответствует прогнозируемой температуре через 30 лет. В каждой группе половина растений подвергалась засушливым условиям, а другая половина получала достаточный полив, таким образом было создано четыре различные экспериментальные группы.
Затем ученые собрали пыльцу с каждого растения и изучили ее под микроскопом. Результаты оказались более чем наглядными.
Результаты эксперимента
- Сценарий «Прошлое»: Растения чувствовали себя отлично, производя здоровую пыльцу (67% жизнеспособной).
- «Прошлое с засухой»: Цветков стало заметно меньше, но та пыльца, что была, оставалась качественной. Урожай будет, но скромнее.
- Сценарий «Будущее»: Вот здесь — сюрприз! Растения выглядели великолепно: большие, зеленые, с обилием цветков. Но это была иллюзия. Лишь 11% их пыльцы оказались жизнеспособными. Представьте: пышный куст, но почти без плодов.
- «Будущее с засухой»: Это худший сценарий. «Растения дают очень мало цветков, и те, что появляются, содержат почти нулевую жизнеспособную пыльцу», — комментирует Соуса-Санчес. Фактически, это полный провал для урожая.
Как и ожидалось, растения, выращенные при 29°C с достаточным поливом, дали нормальное количество цветков, а доля жизнеспособной пыльцы составила 67%, что является здоровым показателем. Когда растения в этих температурных условиях также подвергались засухе, они образовывали значительно меньше цветков, и, хотя эти цветки все же производили жизнеспособную пыльцу, меньшее их количество означает и меньше плодов.
Что потенциально тревожно для будущих садоводов, так это то, что растения, выращенные при 32°C) с достаточным поливом, дали цветки и выросли довольно крупными, но производили всего 11% жизнеспособной пыльцы. И это было еще не самое плохое. Соуса-Санчес обнаружила, что растения чувствуют себя по-настоящему плохо, когда к жаре добавляется нехватка воды.
«Если растения подвергаются засухе и температуре 32°C, они образуют очень мало цветков, и те, что все же появляются, имеют почти нулевую жизнеспособную пыльцу», — говорит она.
Эффект домино: а если пчелы объявят бойкот?
Команда ученых пошла дальше, выставив экспериментальные растения на улицу. Они предполагают, что пчелы, будучи настоящими гурманами, могут «бойкотировать» цветки с некачественной пыльцой. Если это так, то проблема усугубляется: даже та небольшая часть пыльцы, что сохранила жизнеспособность, может не попасть куда нужно, запуская эффект домино в нарушении всей экосистемы опыления.
Могут ли томаты адаптироваться? Есть ли надежда?
Хорошая новость в том, что томаты показали удивительную способность к восстановлению. Как только стресс (жара или засуха) заканчивался, растения начинали приходить в себя и снова производить нормальную пыльцу.
«Пока мы не в самой плохой ситуации, потому что стрессовые условия носят временный характер», — говорит Соуса-Санчес.
Но это лишь отсрочка. «Чем дальше мы будем продвигаться в будущее, где нет перерывов в жаре, наше сельское хозяйство и экосистемы определенно начнут меняться», — предупреждает исследовательница.
Почему это важно для всех?
Это исследование — не только о томатах. Как подчеркивает профессор Льюис, в самых уязвимых регионах мира, где люди живут с собственного огорода, последствия изменений климата ударят сильнее всего, а возможности для адаптации — минимальны.
Остается надеяться, что подобные исследования помогут нам найти способы спасти не только любимый летний салат, но и глобальное продовольственное благополучие.
Сайт о томатах — tomat.top!
Подписывайтесь: