В данной работе представлен оригинальный методический и технический подход на базе низкопольного спин-эхо ЯМР для неинвазивного и непрерывного исследования водного переноса в корнях интактных растений при действии повышенной концентрации СО2. Для реализации данного подхода была разработана и изготовлена портативная камера роста растений, имеющая возможность сопряжения с ЯМР установкой и газовой системой. Исследование интенсивности межклеточного водного переноса производилось на основе измерения коэффициента самодиффузии воды в тканях корня. Для этого был использован метод спин-эхо ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля. С помощью метода, представленного в данной работе, было показано, что водная проницаемость клеток в радиальном направлении всасывающей зоны корня уменьшается приблизительно в 1,5 раза при повышении уровня СО2 до максимального значения в 1%. Впервые получена динамика изменения водной проводимости в корнях в зависимости от концентрации СО2, которая показывает, что величина и скорость снижения водного переноса возрастают с увеличением концентрации СО2. Предполагается, что трансмембранный путь переноса воды через аквапорины вносит значительный вклад в суммарное снижение межклеточной водной проводимости в тканях корня в ответ на повышение концентрации СО2.
This work presents an original methodological and technical approach based on low-field spin-echo NMR for non-invasive and continuous study of water transfer in the roots of intact plants under impact of elevated concentration of carbon dioxide (CO2). To realize this approach, portable plant growth chamber, that can be paired with an NMR system and a gas system, was made. The study of the intensity of intercellular water transfer was carried out on the basis of measuring of water self-diffusion coefficient in the root tissues. For this, the spin-echo NMR method with a pulsed magnetic field gradient was used. Using the method presented in the present work, it was shown that water permeability of cells in radial direction of root suction zone decreases by about 1.5 times with CO2 enrichment to a maximum value of 1%/ For the first time, the dynamics of changes in water conductivity in the roots depending on the concentration of CO2 was obtained. It was shown that the magnitude and the rate of decreasing of water conductivity is increase with CO2 concentration enrichment. It is supposed, that transmembrane pathway of water transfer through aquaporins makes a significant contribution to the total decrease in the intercellular water conductivity in root tissues under elevated CO2 concentration.