Me sööme taimi, nii otseselt, kui kaudselt. Taimed on lähtematerjal rõivaste, paberi, ravimite tootmisel. Teame, et taimed saavad elutegevuseks vett mullast juurte kaudu. Kui unustame oma toataime kasta, kuivab ta ära. Kuhu kõik see vesi läheb? Kuidas see taimest välja saab? Siin tulevad mängu õhulõhed.

Mis on õhulõhe?

Õhulõhe on justkui taime suu – see on avaus, mille kaudu pääseb taime sisse süsihappegaas, mida taim kasutab ühe lähteainena suhkrute valmistamisel ja energia tootmisel – kasvamiseks ja arenemiseks. Liiklus õhulõhe kaudu ei ole siiski ühesuunaline. Nimelt väljuvad õhulõhe kaudu taimest fotosünteesi käigus tekkinud hapnik ja auru kujul ka vesi, mis kunagi juurte kaudu sisenes.

Igal taimel on tuhandeid õhulõhesid, mis paiknevad lehtede ja varte pinnal ning täidavad tähtsat ülesannet – hoolitsevad selle eest, et taim saaks kasvamiseks ja arenemiseks piisavalt süsihappegaasi kuid samal ajal tagavad, et õhulõhede kaudu ei läheks kaduma liiga palju vett. Viimane on eriti oluline, kui taim kasvab kuivades keskkonnatingimustes või kui omanik unustab teda aeg-ajalt kasta.

Iga õhulõhe koosneb kahest rakust, mida nimetatakse sulgrakkudeks. Nende rakkude vahele moodustub ava, mida nimetatakse õhupiluks ja mille kaudu süsihappegaas, veeaur ja hapnik taime sisse ja sealt välja liikuda saavad. Kui sulgrakkudes on vähe vett, on nad väikesed ja lõdvad ning tihedasti üksteise vastu liibunud – sellisel juhul sulgrakkude vahel avaust ei ole ning õhulõhe on suletud (pildil vasakul). See tähendab, et süsihappegaas ei saa taime sisse ning vesi ja hapnik ei saa taimest välja.

Õhulõhede avanemisel täituvad sulgrakud veega, paisuvad, kõverduvad natuke ja nende vahele tekib avaus (pildil paremal). Nüüd saab süsihappegaas taime siseneda ning vesi ja hapnik sealt väljuda. Õhulõhede avamine ja sulgemine võimaldab taimel reageerida erinevatele keskkonnateguritele ning ka kaitsta end kahjulike välismõjude eest. Näiteks sulguvad õhulõhed pimeduse, kõrge süsihappegaasi taseme, taimehormoonide, madala õhu- ja mullaniiskuse, haigustekitajate ja õhusaasteainete mõjul.

Suletud (vasakul) ja avatud (paremal) hariliku müürlooga (Arabidopsis thaliana) õhulõhe. Autor: Hanna Hõrak

Miks on vaja õhulõhesid uurida?

Viimase saja aasta jooksul on õhu süsihappegaasi tase märgatavalt suurenenud ning kiire kasv jätkub. Ehkki esmapilgul võiks arvata, et taimed saavad nii ju toitu juurde ja see võiks omakorda väljenduda kõrgemas saagikuses, on tegelik olukord keerulisem. Suurenev süsihappegaasi tase mõjutab Maa kliimat ja elustikku ning ka taimede kasvutingimused muutuvad – näiteks esineb rohkem põudu ja üleujutusi.

Õhu kõrgem süsihappegaasi tase mõjutab taimi ka otseselt, põhjustades õhulõhede sulgumist ja päikeselistes oludes ka taimelehtede ülekuumenemist. Lisaks soovime Maa kasvava rahvastiku tingimustes tulevikus taimi kasvatada ka piirkondades, kus see varem pole ebasoodsate keskkonnategurite tõttu õnnestunud.

Kuidas saaksime taimi aidata, et nad kasvaksid seal, kus meil vaja on, ning teeksid seda rõõmsalt ja lopsakalt?

Nii, nagu arst ei saa inimese anatoomiat ja füsioloogiat tundmata haigeid ravida, ei saa me ka taimi aidata ega ennustada nende käitumist muutuvates tingimustes, kui me ei mõista, kuidas nad töötavad. Õhulõhed on väravateks, mis kontrollivad taime veekadu ja süsihappegaasi omastamist ning takistavad kahjulike ühendite ja haigustekitajate sisenemist taime. Seega võimaldab õhulõhede toimimise seaduspärade selgitamine tulevikus mõistlikumalt ja tulemuslikumalt taimi kasvatada nii, et nad ei närtsi ega kiratse, vaid on lopsakad ning seejuures ei raiska väärtuslikku vett.

Tartu ülikooli taimesignaalide uurimisrühma eesmärgiks on aru saada, mis õhuõhede avanemisel ja sulgumisel erinevate keskkonnategurite mõjul ikkagi täpselt juhtub. Seejuures keskendub minu doktoritöö küsimusele, missugused taime valgud on olulised selleks, et toimuks õhulõhede sulgumine süsihappegaasi mõjul. Selle protsessi toimemehhanismidest taimedes on senini veel väga vähe teada.

Uurimistöö tulemusena leidsime kolm tähtsat valku, mis on hädavajalikud taime õhulõhede normaalseks käitumiseks muutuva õhu süsihappegaasi taseme tingimustes. Selgitasime ka välja, kuidas need valgud omavahel suhtlevad ning mis juhtub, kui nad korralikult ei tööta. Kokkuvõttes saime palju uut ja väärtuslikku infot, mis aitab meil aru saada sellest, kuidas taime õhulõhed süsihappegaasile reageerivad.

Saadud teadmisi on võimalik ära kasutada selleks, et aretada uusi taimesorte, mis on veesäästlikud ja saagirohked ka tulevikus Maal valitseva kõrge süsihappegaasi taseme ja muutuva kliima tingimustes. Niisiis aitab minu teadustöö kaasa sellele, et ka tulevikus oleks Maa roheline ning suudaks järgnevaid põlvkondi toita.

Video autor Maris Nuhkat osales edukalt TÜ kolme minuti video konkursil, teksti autor Hanna Hõrak osales edukalt TÜ populaarteadusliku artikli konkursil.
Nuhkat ja Hõrak on Tartu ülikooli tehnoloogia instituudi doktorandid, kes tegelevad taimede molekulaar- ja rakubioloogia uuringutega.