Revolučná terahertzová technológia: jednoducho odmerajte rastlinnú vodu!

Revolučná terahertzová technológia: jednoducho odmerajte rastlinnú vodu!

Výskumný tím pod vedením profesora Dr. Martina Kocha z Philipps University v Marburgu vyvinul prelomovú metódu na vizualizáciu vodnej bilancie rastlín. Táto inovatívna technika využíva terahertzovú spektroskopiu na presné pozorovanie otvárania a zatvárania prieduchov, otvorov listov rastlín. Výsledky tejto štúdie boli nedávno publikované v odbornom časopise Vedecké správy zverejnené. Pomocou tejto metódy môžu vedci teraz lepšie analyzovať schopnosť rastlín prispôsobiť sa svojim vodným zdrojom.

Prieduchy hrajú kľúčovú úlohu v živote rastlín, pretože umožňujú výmenu CO2 a regulujú transpiráciu. Počas dňa rastliny absorbujú CO2 cez prieduchy a uvoľňujú kyslík, pričom strácajú vodu. Počas stresu zo sucha alebo v noci sa prieduchy zatvoria, aby sa zabránilo vysychaniu. Terahertzové vlny používané na analýzu vodnej bilancie sú silne absorbované vodou. Zoslabenie signálu, ku ktorému dochádza, keď terahertzové žiarenie prechádza listami, poskytuje informácie o obsahu vody v rastlinách, vďaka čomu je metóda obzvlášť užitočná.

Porovnanie variantov rastlín

V ďalšej analýze tím porovnával rastliny Arabidopsis s variantmi, ktoré majú obmedzenú reguláciu vodnej bilancie v dôsledku génovej mutácie. Táto mutácia zhoršuje špecifické signálne dráhy v reakcii na stres zo sucha. Výsledky ukazujú, že rastliny s genetickým defektom vysychajú rýchlejšie, pretože nedokážu efektívne prispôsobiť svoje prieduchové otvorenie zásobe vody. Takéto poznatky by mohli byť kľúčové pre identifikáciu odolnejších rastlinných plodín voči výzvam zmeny klímy.

Okrem toho sa vedci snažia o prenosnejšiu a nákladovo efektívnejšiu implementáciu tejto meracej technológie, aby umožnili ostatným laboratóriám prístup k tejto inovatívnej technológii. Profesor Dr. Martin Koch vyučuje fyziku a vedie pracovnú skupinu pre polovodičovú fotoniku na Univerzite v Marburgu. Tieto pokroky by mohli byť dôležité nielen pre hospodárstvo poľnohospodárstva, ale aj pre iné oblasti, kde sa vyžaduje efektívne hospodárenie s vodou.

Aplikácie v poľnohospodárstve a mimo neho

Klimatické zmeny spôsobujú v mnohých regiónoch dlhotrvajúce suchá, čo núti poľnohospodárov šetriť vodou. Riešením by tu mohli byť inteligentné zavlažovacie systémy, ktoré sú prispôsobené skutočným potrebám rastlín. Súčasné metódy na analýzu stavu vody sú často invazívne a poškodzujú rastliny. Terahertzová spektroskopia je na druhej strane neinvazívna a ponúka tú výhodu, že vonkajší vzhľad rastliny, podobne ako skúmané ihličie, zostáva nezmenený, aj keď je niekoľko týždňov vystavená stresu zo sucha.

Terahertzová technológia, ktorá má potenciál aj v priemysle a medicíne, napríklad pri diagnostike rakoviny, umožňuje automatizovanú a presnejšiu fenotypizáciu rastlín. Plánovaný prenosný systém na analýzu rastlín na poli by mohol spôsobiť revolúciu v riadení zavlažovania. The Nemecká sieť pre fenotypizáciu rastlín (DPPN) a jej európsky náprotivok EPPN už pracujú na vývoji neinvazívnych, vysoko výkonných metód pre výskum rastlín, čím ďalej zdôrazňujú dôležitosť tejto technológie.