Revolutionaire terahertz-technologie: eenvoudig plantenwater meten!

Revolutionaire terahertz-technologie: eenvoudig plantenwater meten!

Een onderzoeksteam onder leiding van professor dr. Martin Koch van de Philipps Universiteit van Marburg heeft een baanbrekende methode ontwikkeld om de waterbalans van planten te visualiseren. Deze innovatieve techniek maakt gebruik van terahertz-spectroscopie om het openen en sluiten van huidmondjes, de bladopeningen van planten, nauwkeurig te observeren. De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het vaktijdschrift Wetenschappelijke rapporten gepubliceerd. Met behulp van deze methode kunnen wetenschappers nu het vermogen van planten om zich aan te passen aan hun watervoorraden beter analyseren.

Huidmondjes spelen een cruciale rol in het plantenleven, omdat ze de CO2-uitwisseling mogelijk maken en de transpiratie reguleren. Overdag nemen planten CO2 op via hun huidmondjes en geven ze zuurstof af, waarbij ze water verliezen. Bij droogtestress of ‘s nachts sluiten de huidmondjes zich om uitdroging te voorkomen. De terahertz-golven die worden gebruikt om de waterbalans te analyseren, worden sterk door water geabsorbeerd. De signaalverzwakking die optreedt wanneer terahertzstraling door de bladeren gaat, geeft aanwijzingen over het watergehalte van de plant, waardoor de methode bijzonder nuttig is.

Een vergelijking van plantvarianten

In een verdere analyse vergeleek het team Arabidopsis-planten met varianten die door een genmutatie een beperkte regulatie van hun waterbalans hebben. Deze mutatie schaadt specifieke signaalroutes in de reactie op droogtestress. Uit de resultaten blijkt dat planten met een genetisch defect sneller uitdrogen omdat ze hun stomatale opening niet goed kunnen aanpassen aan de watervoorziening. Dergelijke kennis zou van cruciaal belang kunnen zijn voor het identificeren van meer veerkrachtige plantengewassen voor de uitdagingen van de klimaatverandering.

Daarnaast streven de wetenschappers naar een meer draagbare en kosteneffectieve implementatie van deze meettechnologie om andere laboratoria toegang te geven tot deze innovatieve technologie. Professor Dr. Martin Koch doceert natuurkunde en leidt de werkgroep halfgeleiderfotonica aan de Universiteit van Marburg. Deze vooruitgang kan niet alleen belangrijk zijn voor de landbouweconomie, maar ook voor andere gebieden waar efficiënt waterbeheer vereist is.

Toepassingen in de landbouw en daarbuiten

Klimaatverandering veroorzaakt in veel regio’s langdurige droogte, waardoor boeren gedwongen worden water te besparen. Intelligente irrigatiesystemen die zijn afgestemd op de werkelijke behoeften van de planten kunnen hier een oplossing zijn. De huidige methoden voor het analyseren van de waterstatus zijn vaak invasief en schadelijk voor planten. Terahertz-spectroscopie daarentegen is niet-invasief en biedt het voordeel dat het uiterlijk van de plant, net als de onderzochte dennennaalden, onveranderd blijft, zelfs als deze gedurende meerdere weken aan droogtestress is blootgesteld.

Terahertz-technologie, die ook potentieel heeft in de industrie en de geneeskunde, bijvoorbeeld bij de diagnose van kanker, maakt geautomatiseerde en nauwkeurigere fenotypering van planten mogelijk. Het geplande draagbare systeem voor het analyseren van planten in het veld zou een revolutie teweeg kunnen brengen in het irrigatiebeheer. De Duits plantenfenotyperingsnetwerk (DPPN) en zijn Europese tegenhanger EPPN werken al aan de ontwikkeling van niet-invasieve, high-throughput methoden voor plantenonderzoek, wat het belang van deze technologie verder onderstreept.