Planten komen voor in wisselende en vaak ongunstige omgevingscondities, die het functioneren van een verscheidenheid aan adaptieve mechanismen vereist om te overleven onder invloed van stressoren. De studie van dergelijke adaptieve mechanismen en het identificeren van manieren om ze te beheersen, opent brede perspectieven voor het redden van landbouwgewassen onder droogte en hoge temperaturen, ziekte ontwikkeling, plagen en andere factoren die het plantenleven bedreigen. Momenteel, de overgrote meerderheid van de onderzoekers houdt zich bezig met het bestuderen van relatief langzame adaptatieprocessen die zich in de loop van uren ontwikkelen, dagen en weken. Echter, in het geval van een snelle ontwikkeling van stressoren, dergelijke adaptieve reacties zijn mogelijk niet effectief genoeg. Daarom, het is belangrijk om mechanismen te identificeren die leiden tot de ontwikkeling van adaptieve veranderingen binnen enkele minuten of tientallen minuten na het begin van de stressfactor.

Een zo'n mechanisme houdt verband met de elektrische reacties van planten, die het onderwerp zijn van onderzoek gedaan door Vladimir Sukhov, universitair hoofddocent bij de afdeling Biofysica, Lobachevsky Staatsuniversiteit van Nizjni Novgorod, en zijn collega's. Ze hebben een artikel gepubliceerd, "Tolerantie bij hoge temperaturen van fotosynthese kan worden gekoppeld aan lokale elektrische reacties in erwtenbladeren, " in Grenzen in de fysiologie , als onderdeel van een apart onderzoeksthema gericht op de rol van intercellulaire elektrische signalen in de aanpassing en communicatie van planten.

De onderzoekers hebben voor het eerst aangetoond dat een matige stijging van de bladtemperatuur de ontwikkeling van kleine elektrische reacties veroorzaakt die enkele minuten aanhouden. In ongeveer de helft van de experimenten dergelijke reacties worden zelfs waargenomen wanneer de bladtemperatuur stijgt tot slechts 30°C, d.w.z. in omstandigheden die typisch zijn voor de zomerperiode. Een intensere verwarming (tot 40°C en 45°C), wat overeenkomt met extreem hoge temperaturen tijdens het zomerseizoen, veroorzaakt extra elektrische reacties in plantenbladeren. Dit resultaat is van fundamenteel belang, aangezien in eerdere studies, de elektrische reacties werden opgewekt door de plantendelen te verhitten tot een temperatuur boven de 50°C. De onderzoekers vroegen zich af of elektrische reacties die optreden bij sterke verhitting onder natuurlijke omstandigheden of in het veld kunnen worden waargenomen. De bevindingen van Nizhny Novgorod-wetenschappers laten zien dat dit zeer waarschijnlijk is.

Echter, het feit dat een elektrische respons wordt gegenereerd, bewijst niet dat deze deelneemt aan het aanpassingsproces. Eerder onderzoek toonde aan dat elektrische reacties veroorzaakt door een voorafgaande sterke verwarming van een plantdeel een opmerkelijk effect hebben op het fotosyntheseproces in de plant als geheel en, vooral, verhoogt de weerstand tegen de daaropvolgende actie van hoge temperaturen. Tegelijkertijd, de mogelijkheid van een positief effect van de warmte-geïnduceerde elektrische reacties op de hittebestendigheid van het fotosyntheseproces vereiste aanvullende analyse, die werd uitgevoerd door Dr. Sukhov en zijn groep. Er werd aangetoond dat de parameters van elektrische signalen nauw verband houden met de thermische stabiliteit van het fotosyntheseproces. Een hogere hittebestendigheid wordt waargenomen voor een hogere amplitude van elektrische reacties, met een groter aantal van dergelijke reacties die optreden tijdens verwarming, en ook in het geval van een lagere temperatuurdrempel voor de ontwikkeling van de elektrische respons. De resultaten laten zien dat het genereren van elektrische reacties een essentiële rol speelt bij het verhogen van de thermische stabiliteit van fotosynthetische processen in plantenbladeren. Aanvullend, de ontwikkeling van een dergelijk effect vereist geen extreem hoge temperaturen, en kan optreden in de omstandigheden van een gebruikelijke warme dag.

De resultaten van dit onderzoek openen brede perspectieven voor het ontwikkelen van methoden om de weerstand van landbouwplanten tegen hoge temperaturen te beheersen door hun vermogen om elektrische reacties te genereren te beheersen. Vooral, bij dreiging van hoge temperaturen, die kan worden geschat op basis van een weersvoorspelling, of in het geval van vroege detectie van thermische schade in planten onder veldomstandigheden, het is raadzaam om methoden te gebruiken die het genereren van elektrische reacties op matige verwarming van plantenbladeren vergemakkelijken. Eén zo'n methode bestaat uit het behandelen van planten met stresshormonen, die de toestand van planten aanzienlijk kan beïnvloeden, zelfs bij zeer lage actieve concentraties.

Dus, het onderzoekswerk van de wetenschappers van Nizhny Novgorod opent de weg naar het beheersen van plantenresistentie door elektrogenese te reguleren. Echter, voor het bereiken van dit soort controle, het is noodzakelijk om een ​​feedbacksysteem te implementeren dat een vroege diagnose van temperatuurschade van een bepaalde plant (of een groep planten) in veldomstandigheden mogelijk maakt om de nodige maatregelen te nemen. De belangrijkste huidige taak van Dr. Sukhov en zijn team is het creëren van een dergelijk systeem op basis van de registratie van de reflectieve index van bladeren.