Rewolucyjna technologia terahercowa: łatwy pomiar wody roślinnej!

Rewolucyjna technologia terahercowa: łatwy pomiar wody roślinnej!

Zespół badawczy kierowany przez profesora dr Martina Kocha z Uniwersytetu Philipps w Marburgu opracował przełomową metodę wizualizacji bilansu wodnego roślin. Ta innowacyjna technika wykorzystuje spektroskopię terahercową do precyzyjnej obserwacji otwierania i zamykania aparatów szparkowych, czyli otworów liści roślin. Wyniki tego badania opublikowano niedawno w czasopiśmie specjalistycznym Raporty naukowe opublikowany. Dzięki tej metodzie naukowcy mogą teraz lepiej analizować zdolność roślin do przystosowania się do zasobów wodnych.

Szparki odgrywają kluczową rolę w życiu roślin, ponieważ umożliwiają wymianę CO2 i regulują transpirację. W ciągu dnia rośliny absorbują CO2 przez aparaty szparkowe i uwalniają tlen, tracąc przy tym wodę. Podczas stresu suszy lub w nocy aparaty szparkowe zamykają się, aby zapobiec wysychaniu. Fale terahercowe wykorzystywane do analizy bilansu wodnego są silnie absorbowane przez wodę. Tłumienie sygnału występujące, gdy promieniowanie terahercowe przechodzi przez liście, dostarcza wskazówek na temat zawartości wody w roślinach, co czyni tę metodę szczególnie użyteczną.

Porównanie wariantów roślin

W dalszej analizie zespół porównał rośliny Arabidopsis z odmianami, które mają ograniczoną regulację bilansu wodnego ze względu na mutację genu. Mutacja ta upośledza specyficzne szlaki sygnalizacyjne w odpowiedzi na stres suszy. Wyniki pokazują, że rośliny z defektem genetycznym wysychają szybciej, gdyż nie potrafią efektywnie przystosować otworu szparkowego do zaopatrzenia w wodę. Taka wiedza może mieć kluczowe znaczenie w identyfikowaniu bardziej odpornych upraw roślin na wyzwania związane ze zmianami klimatycznymi.

Ponadto naukowcy dążą do bardziej przenośnego i opłacalnego wdrożenia tej technologii pomiarowej, aby zapewnić innym laboratoriom dostęp do tej innowacyjnej technologii. Profesor dr Martin Koch wykłada fizykę i kieruje grupą roboczą ds. fotoniki półprzewodników na Uniwersytecie w Marburgu. Postępy te mogą mieć znaczenie nie tylko dla gospodarki rolnej, ale także dla innych obszarów, w których wymagana jest efektywna gospodarka wodna.

Zastosowania w rolnictwie i nie tylko

Zmiana klimatu powoduje przedłużającą się suszę w wielu regionach, zmuszając rolników do oszczędzania wody. Rozwiązaniem mogą być tutaj inteligentne systemy nawadniające, które są dostosowane do rzeczywistych potrzeb roślin. Obecne metody analizy stanu wody są często inwazyjne i szkodliwe dla roślin. Spektroskopia terahercowa jest natomiast nieinwazyjna i ma tę zaletę, że wygląd zewnętrzny rośliny, podobnie jak badanych igieł sosnowych, pozostaje niezmieniony, nawet jeśli przez kilka tygodni była poddawana stresowi suszy.

Technologia terahercowa, która ma potencjał także w przemyśle i medycynie, np. w diagnostyce nowotworów, umożliwia zautomatyzowane i bardziej precyzyjne fenotypowanie roślin. Planowany przenośny system do analizy roślin w terenie mógłby zrewolucjonizować zarządzanie nawadnianiem. The Niemiecka Sieć Fenotypowania Roślin (DPPN) i jego europejski odpowiednik EPPN pracują już nad opracowaniem nieinwazyjnych, wysokowydajnych metod badań roślin, co jeszcze bardziej podkreśla znaczenie tej technologii.