Welkom bij
Moderne landbouw
!
In het verleden hebben we geschreven over onderzoek dat aantoont dat planten beter zijn in het verminderen van bodemverdichting dan woelers. Maar hoe kunnen ze dat doen? Welnu, het verhaal van vandaag geeft ons het antwoord met dank aan onderzoekers van Duke University. Met dank aan Robin Smith en Veronique Koch voor dit uitstekende verhaal! Zorg ervoor dat je de wortels danst in de video van 1:12 aan het einde van het verhaal.
Duke-onderzoekers hebben iets bestudeerd dat te langzaam gebeurt voor onze ogen om te zien. Een team van bioloog Philip Benfey ’ s lab wilde zien hoe plantenwortels zich in de grond nestelen. Dus plaatsten ze een camera op rijstzaden die ontkiemen in heldere gel, waarbij ze elke 15 minuten een nieuwe foto maakten gedurende enkele dagen na ontkieming.
Toen ze hun beelden terugspeelden met 15 frames per seconde, waardoor 100 uur groei in minder dan een minuut werd gecomprimeerd, zagen ze dat rijstwortels een truc gebruiken om voet aan de grond te krijgen:hun groeipunten maken kurkentrekkerachtige bewegingen, waggelende en kronkelend in een spiraalvormig pad.
Door hun time-lapse-beelden te gebruiken, samen met een wortelachtige robot om ideeën te testen, verkregen de onderzoekers nieuwe inzichten in hoe en waarom wortelpunten van planten ronddraaien terwijl ze groeien.
De eerste aanwijzing kwam van iets anders dat het team opmerkte:sommige wortels kunnen de kurkentrekkerdans niet aan. De boosdoener, vonden ze, is een mutatie in een gen genaamd HK1 waardoor ze recht naar beneden groeien, in plaats van te cirkelen en te slingeren zoals andere wortels doen.
Het team merkte ook op dat de gemuteerde wortels twee keer zo diep groeiden als normale wortels. Wat een vraag opriep:"Wat doet de meer typische spiraalvormige puntgroei voor de plant?" zei Isaiah Taylor , een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Benfey in Duke.
Kronkelende bewegingen in planten waren "een fenomeen dat Charles Darwin fascineerde", zelfs 150 jaar geleden, zei Benfey. In het geval van scheuten is er een voor de hand liggend nut:kronkelen en cirkelen maakt het gemakkelijker om grip te krijgen terwijl ze naar het zonlicht klimmen. Maar hoe en waarom het in de wortels gebeurt, was meer een mysterie.
Kiemende zaden hebben een uitdaging, zeggen de onderzoekers. Als ze willen overleven, moet de eerste kleine wortel die tevoorschijn komt de plant verankeren en naar beneden tasten om het water en de voedingsstoffen op te zuigen die de plant nodig heeft om te groeien.
Dat zette hen aan het denken:misschien is deze spiraalgroei in wortelpunten een zoekstrategie - een manier om het beste pad voorwaarts te vinden, zei Taylor.
In experimenten uitgevoerd in het laboratorium van natuurkundeprofessor Daniel Goldman bij Georgia Tech onthulden observaties van normale en gemuteerde rijstwortels die over een geperforeerde plastic plaat groeiden dat normale spiraalvormige wortels drie keer meer kans hadden om een gat te vinden en door te groeien naar de andere kant.
Medewerkers van Georgia Tech en de University of California, Santa Barbara bouwde een zachte, buigzame robot die zich als een wortel uit de punt ontvouwt en hem loslaat in een hindernisbaan die bestaat uit ongelijk verdeelde pinnen.
Om de robot te maken, nam het team twee opblaasbare plastic buizen en nestelde ze in elkaar. Door de luchtdruk te veranderen, werd de zachte binnenband van binnen naar buiten geduwd, waardoor de robot vanaf de punt langer werd. Door tegengestelde paren van kunstmatige "spieren" samen te trekken, buigt de punt van de robot tijdens het groeien heen en weer.
Zelfs zonder geavanceerde sensoren of bedieningselementen was de robotwortel nog steeds in staat langs obstakels te komen en een pad door de pinnen te vinden. Maar toen het zijdelings buigen stopte, kwam de robot al snel vast te zitten tegen een pin.
Ten slotte kweekte het team normale en gemuteerde rijstzaden in een aardemengsel dat voor honkbalvelden wordt gebruikt, om ze uit te testen op obstakels die een wortel daadwerkelijk in de grond zou tegenkomen. Zeker, terwijl de mutanten moeite hadden om voet aan de grond te krijgen, konden de normale wortels met spiraalvormige groeiende toppen erdoorheen boren.
De groei van een kurkentrekker van een wortelpunt wordt gecoördineerd door het plantenhormoon auxine, een groeisubstantie waarvan de onderzoekers denken dat deze zich in een golfachtig patroon rond de punt van een groeiende wortel kan bewegen. Ophoping van auxine aan de ene kant van de wortel zorgt ervoor dat die cellen minder langgerekt zijn dan die aan de andere kant, en de wortelpunt buigt in die richting.
Planten die de HK1-mutatie dragen, kunnen niet dansen vanwege een defect in de manier waarop auxine van cel naar cel wordt vervoerd, ontdekten de onderzoekers. Blokkeer dit hormoon en wortels verliezen hun vermogen om te tollen.
Het werk helpt wetenschappers te begrijpen hoe wortels groeien in harde, verdichte grond.
https://today.duke.edu/2021/02/time-lapse-reveals-hidden-dance-roots
