تقنية تيراهيرتز الثورية: قم بقياس مياه النبات بسهولة!

تقنية تيراهيرتز الثورية: قم بقياس مياه النبات بسهولة!

قام فريق بحث بقيادة البروفيسور الدكتور مارتن كوخ في جامعة فيليبس في ماربورغ بتطوير طريقة رائدة لتصور توازن الماء في النباتات. تستخدم هذه التقنية المبتكرة التحليل الطيفي تيراهيرتز لمراقبة فتح وإغلاق الثغور بدقة، أي فتحات أوراق النباتات. وقد نشرت نتائج هذه الدراسة مؤخرا في المجلة المتخصصة التقارير العلمية نشرت. وباستخدام هذه الطريقة، يستطيع العلماء الآن تحليل قدرة النباتات على التكيف مع مواردها المائية بشكل أفضل.

تلعب الثغور دورًا حاسمًا في حياة النبات لأنها تتيح تبادل ثاني أكسيد الكربون وتنظيم النتح. خلال النهار، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال ثغورها وتطلق الأكسجين، وتفقد الماء في هذه العملية. أثناء الجفاف أو في الليل، تغلق الثغور لمنع الجفاف. يتم امتصاص موجات تيراهيرتز المستخدمة لتحليل توازن الماء بقوة بواسطة الماء. إن ضعف الإشارة الذي يحدث عندما يمر إشعاع تيراهيرتز عبر الأوراق يوفر أدلة حول المحتوى المائي للنباتات، مما يجعل هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص.

مقارنة بين المتغيرات النباتية

وفي تحليل إضافي، قارن الفريق نباتات الأرابيدوبسيس مع المتغيرات التي لديها تنظيم محدود لتوازنها المائي بسبب طفرة جينية. تؤدي هذه الطفرة إلى إضعاف مسارات إشارات محددة في الاستجابة لضغط الجفاف. أظهرت النتائج أن النباتات التي تعاني من خلل وراثي تجف بسرعة أكبر لأنها لا تستطيع التكيف بشكل فعال مع فتحة ثغورها لإمدادات المياه. يمكن أن تكون هذه المعرفة حاسمة لتحديد المحاصيل النباتية الأكثر مرونة في مواجهة تحديات تغير المناخ.

بالإضافة إلى ذلك، يسعى العلماء جاهدين من أجل تنفيذ أكثر فعالية من حيث التكلفة لتكنولوجيا القياس هذه من أجل منح المختبرات الأخرى إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا المبتكرة. يقوم البروفيسور الدكتور مارتن كوخ بتدريس الفيزياء ويرأس مجموعة عمل ضوئيات أشباه الموصلات في جامعة ماربورغ. وقد تكون هذه التطورات مهمة ليس فقط بالنسبة للاقتصاد الزراعي، بل وأيضاً بالنسبة لمجالات أخرى حيث تتطلب إدارة المياه بكفاءة.

تطبيقات في الزراعة وخارجها

ويتسبب تغير المناخ في حدوث جفاف طويل الأمد في العديد من المناطق، مما يجبر المزارعين على الحفاظ على المياه. يمكن أن تكون أنظمة الري الذكية المصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الفعلية للنباتات هي الحل هنا. غالبًا ما تكون الطرق الحالية لتحليل حالة المياه غازية ومضرة بالنباتات. من ناحية أخرى، يعد التحليل الطيفي تيراهيرتز غير جراحي ويوفر ميزة أن المظهر الخارجي للنبات، مثل إبر الصنوبر التي تم فحصها، يظل دون تغيير، حتى لو تعرض لإجهاد الجفاف لعدة أسابيع.

تتيح تقنية تيراهيرتز، التي تتمتع أيضًا بإمكانيات في الصناعة والطب، على سبيل المثال في تشخيص السرطان، إمكانية إجراء تنميط ظاهري آلي وأكثر دقة للنباتات. يمكن للنظام المحمول المخطط لتحليل النباتات في الميدان أن يحدث ثورة في إدارة الري. ال شبكة التنميط الظاهري للنباتات الألمانية (DPPN) وتعمل نظيرتها الأوروبية EPPN بالفعل على تطوير أساليب غير جراحية وعالية الإنتاجية لأبحاث النباتات، مما يؤكد بشكل أكبر على أهمية هذه التكنولوجيا.