Vallankumouksellinen terahertsitekniikka: mittaa kasvien vesi helposti!

Vallankumouksellinen terahertsitekniikka: mittaa kasvien vesi helposti!

Marburgin Philippsin yliopiston professori tohtori Martin Kochin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt uraauurtavan menetelmän kasvien vesitasapainon visualisointiin. Tämä innovatiivinen tekniikka käyttää terahertsispektroskopiaa tarkkailemaan tarkasti stomaatien, kasvien lehtien aukkojen, avautumista ja sulkeutumista. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin äskettäin asiantuntijalehdessä Tieteelliset raportit julkaistu. Tällä menetelmällä tutkijat voivat nyt paremmin analysoida kasvien kykyä sopeutua vesivaroihinsa.

Stomaatilla on ratkaiseva rooli kasvien elämässä, koska ne mahdollistavat hiilidioksidin vaihdon ja säätelevät haihtumista. Päivän aikana kasvit imevät hiilidioksidia avanneensa kautta ja vapauttavat happea ja menettävät vettä prosessissa. Kuivuusstressin aikana tai yöllä stomata sulkeutuu kuivumisen estämiseksi. Vesitasapainon analysointiin käytetyt terahertsiaallot imeytyvät voimakkaasti veteen. Signaalin vaimennus, joka tapahtuu, kun terahertsisäteily kulkee lehtien läpi, antaa vihjeitä kasvien vesipitoisuudesta, mikä tekee menetelmästä erityisen hyödyllisen.

Kasvimuunnelmien vertailu

Lisäanalyysissä ryhmä vertasi Arabidopsis-kasveja variantteihin, joiden vesitasapainon säätely on rajoitettua geenimutaation vuoksi. Tämä mutaatio heikentää kuivuusstressivasteen erityisiä signalointireittejä. Tulokset osoittavat, että kasvit, joilla on geneettinen vika, kuivuvat nopeammin, koska ne eivät pysty sopeuttamaan suuaukkoaan tehokkaasti vesihuoltoon. Tällainen tieto voi olla ratkaisevan tärkeää ilmastonmuutoksen haasteita kestävämpien kasvien tunnistamisessa.

Lisäksi tutkijat pyrkivät tämän mittaustekniikan siirrettävämpään ja kustannustehokkaampaan käyttöön, jotta muut laboratoriot voisivat käyttää tätä innovatiivista tekniikkaa. Professori tohtori Martin Koch opettaa fysiikkaa ja johtaa puolijohdefotoniikan työryhmää Marburgin yliopistossa. Nämä edistysaskeleet voivat olla tärkeitä paitsi maataloustaloudelle myös muille alueille, joilla tarvitaan tehokasta vesihuoltoa.

Sovellukset maataloudessa ja sen ulkopuolella

Ilmastonmuutos aiheuttaa pitkittynyttä kuivuutta monilla alueilla, mikä pakottaa maanviljelijät säästämään vettä. Älykkäät kastelujärjestelmät, jotka on räätälöity kasvien todellisiin tarpeisiin, voivat olla ratkaisu tähän. Nykyiset menetelmät veden tilan analysoimiseksi ovat usein invasiivisia ja vahingollisia kasveille. Teraherts-spektroskopia puolestaan ​​on noninvasiivinen ja tarjoaa sen etuna, että kasvin ulkonäkö, kuten tutkitut männyn neulaset, säilyy ennallaan, vaikka ne olisivat olleet useiden viikkojen kuivuusstressissä.

Terahertz-teknologia, jolla on potentiaalia myös teollisuudessa ja lääketieteessä, esimerkiksi syövän diagnosoinnissa, mahdollistaa kasvien automatisoidun ja tarkemman fenotyypityksen. Suunniteltu kannettava järjestelmä pellolla olevien kasvien analysointiin voisi mullistaa kastelunhallinnan. The Saksan kasvien fenotyyppiverkosto (DPPN) ja sen eurooppalainen vastine EPPN työskentelevät jo kehittääkseen ei-invasiivisia ja tehokkaita menetelmiä kasvien tutkimukseen, mikä korostaa entisestään tämän tekniikan merkitystä.