Επαναστατική τεχνολογία terahertz: μετρήστε εύκολα το νερό των φυτών!

Επαναστατική τεχνολογία terahertz: μετρήστε εύκολα το νερό των φυτών!

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Dr. Martin Koch στο Πανεπιστήμιο Philipps του Marburg ανέπτυξε μια πρωτοποριακή μέθοδο για την οπτικοποίηση της υδατικής ισορροπίας των φυτών. Αυτή η καινοτόμος τεχνική χρησιμοποιεί φασματοσκοπία terahertz για να παρατηρήσει με ακρίβεια το άνοιγμα και το κλείσιμο των στομάτων, τα ανοίγματα των φύλλων των φυτών. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο ειδικό περιοδικό Επιστημονικές Εκθέσεις δημοσιευμένο. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να αναλύσουν καλύτερα την ικανότητα των φυτών να προσαρμόζονται στους υδάτινους πόρους τους.

Τα στομάχια παίζουν καθοριστικό ρόλο στη ζωή των φυτών καθώς επιτρέπουν την ανταλλαγή CO2 και ρυθμίζουν τη διαπνοή. Tagsüber nehmen Pflanzen über die Stomata CO2 auf und setzen Sauerstoff frei, wobei sie Wasser verlieren. Κατά τη διάρκεια του στρες ξηρασίας ή τη νύχτα, η στομία κλείνει για να αποτρέψει την ξήρανση. Τα κύματα terahertz που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της ισορροπίας του νερού απορροφώνται έντονα από το νερό. Η εξασθένηση του σήματος που συμβαίνει όταν η ακτινοβολία terahertz περνά μέσα από τα φύλλα παρέχει ενδείξεις για την περιεκτικότητα των φυτών σε νερό, καθιστώντας τη μέθοδο ιδιαίτερα χρήσιμη.

Σύγκριση παραλλαγών φυτών

Σε μια περαιτέρω ανάλυση, η ομάδα συνέκρινε τα φυτά Arabidopsis με παραλλαγές που έχουν περιορισμένη ρύθμιση του ισοζυγίου νερού τους λόγω μιας γονιδιακής μετάλλαξης. Αυτή η μετάλλαξη βλάπτει συγκεκριμένα μονοπάτια σηματοδότησης στην απόκριση του στρες ξηρασίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα φυτά με γενετικό ελάττωμα στεγνώνουν πιο γρήγορα επειδή δεν μπορούν να προσαρμόσουν αποτελεσματικά το στοματικό τους άνοιγμα στην παροχή νερού. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να είναι ζωτικής σημασίας για τον εντοπισμό πιο ανθεκτικών φυτικών καλλιεργειών στις προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής.

Επιπλέον, οι επιστήμονες προσπαθούν για μια πιο φορητή και οικονομικά αποδοτική εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας μέτρησης, προκειμένου να δώσουν σε άλλα εργαστήρια πρόσβαση σε αυτήν την καινοτόμο τεχνολογία. Ο καθηγητής Dr. Martin Koch διδάσκει φυσική και είναι επικεφαλής της ομάδας εργασίας φωτονικής ημιαγωγών στο Πανεπιστήμιο του Marburg. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να είναι σημαντικές όχι μόνο για τη γεωργική οικονομία, αλλά και για άλλους τομείς όπου απαιτείται αποτελεσματική διαχείριση των υδάτων.

Εφαρμογές στη γεωργία και όχι μόνο

Η κλιματική αλλαγή προκαλεί παρατεταμένη ξηρασία σε πολλές περιοχές, αναγκάζοντας τους αγρότες να εξοικονομούν νερό. Τα έξυπνα συστήματα άρδευσης που είναι προσαρμοσμένα στις πραγματικές ανάγκες των φυτών θα μπορούσαν να είναι μια λύση εδώ. Οι τρέχουσες μέθοδοι για την ανάλυση της κατάστασης του νερού είναι συχνά επεμβατικές και επιβλαβείς για τα φυτά. Η φασματοσκοπία Terahertz, από την άλλη πλευρά, είναι μη επεμβατική και προσφέρει το πλεονέκτημα ότι η εξωτερική εμφάνιση του φυτού, όπως και οι πευκοβελόνες που εξετάστηκαν, παραμένει αμετάβλητη, ακόμη και αν έχουν υποστεί άγχος ξηρασίας για αρκετές εβδομάδες.

Η τεχνολογία Terahertz, η οποία έχει επίσης δυνατότητες στη βιομηχανία και την ιατρική, για παράδειγμα στη διάγνωση του καρκίνου, επιτρέπει τον αυτοματοποιημένο και ακριβέστερο φαινοτυπικό προσδιορισμό των φυτών. Το σχεδιασμένο φορητό σύστημα για την ανάλυση των φυτών στο χωράφι θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη διαχείριση της άρδευσης. Ο Γερμανικό Δίκτυο Φαινοτύπων Φυτών (DPPN) και το ευρωπαϊκό ομόλογό του EPPN εργάζονται ήδη για την ανάπτυξη μη επεμβατικών μεθόδων υψηλής απόδοσης για την έρευνα φυτών, υπογραμμίζοντας περαιτέρω τη σημασία αυτής της τεχνολογίας.