Revolucionarna teraherčna tehnologija: enostavno izmerite rastlinsko vodo!

Revolucionarna teraherčna tehnologija: enostavno izmerite rastlinsko vodo!

Raziskovalna skupina pod vodstvom profesorja dr. Martina Kocha na Philippsovi univerzi v Marburgu je razvila revolucionarno metodo za vizualizacijo vodne bilance rastlin. Ta inovativna tehnika uporablja teraherčno spektroskopijo za natančno opazovanje odpiranja in zapiranja stomatov, listnih odprtin rastlin. Rezultati te študije so bili nedavno objavljeni v strokovni reviji Znanstvena poročila objavljeno. Z uporabo te metode lahko znanstveniki zdaj bolje analizirajo sposobnost rastlin, da se prilagodijo svojim vodnim virom.

Stomati imajo ključno vlogo v življenju rastlin, saj omogočajo izmenjavo CO2 in uravnavajo transpiracijo. Čez dan rastline absorbirajo CO2 skozi želodce in sproščajo kisik, pri tem pa izgubljajo vodo. Med sušnim stresom ali ponoči se stomati zaprejo, da se prepreči izsušitev. Teraherčne valove, ki se uporabljajo za analizo vodne bilance, voda močno absorbira. Slabljenje signala, ki se pojavi, ko teraherčno sevanje prehaja skozi liste, daje namige o vsebnosti vode v rastlinah, zaradi česar je metoda še posebej uporabna.

Primerjava variant rastlin

V nadaljnji analizi je skupina primerjala rastline Arabidopsis z različicami, ki imajo omejeno regulacijo vodne bilance zaradi genske mutacije. Ta mutacija poškoduje specifične signalne poti v odzivu na sušni stres. Rezultati kažejo, da se rastline z genetsko okvaro hitreje posušijo, ker ne morejo učinkovito prilagoditi stomatalne odprtine na oskrbo z vodo. Takšno znanje bi lahko bilo ključnega pomena za prepoznavanje bolj odpornih rastlinskih pridelkov na izzive podnebnih sprememb.

Poleg tega si znanstveniki prizadevajo za bolj prenosljivo in stroškovno učinkovito izvajanje te merilne tehnologije, da bi drugim laboratorijem omogočili dostop do te inovativne tehnologije. Profesor dr. Martin Koch poučuje fiziko in vodi delovno skupino za polprevodniško fotoniko na Univerzi v Marburgu. Ti napredki bi lahko bili pomembni ne le za kmetijsko gospodarstvo, ampak tudi za druga področja, kjer je potrebno učinkovito upravljanje z vodo.

Uporaba v kmetijstvu in širše

Podnebne spremembe povzročajo dolgotrajno sušo v številnih regijah, zaradi česar so kmetje prisiljeni varčevati z vodo. Tu so lahko rešitev inteligentni namakalni sistemi, ki so prilagojeni dejanskim potrebam rastlin. Trenutne metode za analizo stanja vode so pogosto invazivne in škodljive za rastline. Po drugi strani pa je teraherčna spektroskopija neinvazivna in ponuja prednost, da zunanji videz rastline, kot so pregledane borove iglice, ostane nespremenjen, tudi če so bile več tednov izpostavljene sušnemu stresu.

Terahertz tehnologija, ki ima potencial tudi v industriji in medicini, na primer pri diagnostiki raka, omogoča avtomatizirano in natančnejšo fenotipizacijo rastlin. Načrtovani prenosni sistem za analizo rastlin na terenu bi lahko revolucioniral upravljanje namakanja. The Nemška mreža za fenotipizacijo rastlin (DPPN) in njegov evropski partner EPPN že delata na razvoju neinvazivnih, visoko zmogljivih metod za raziskave rastlin, kar dodatno poudarja pomen te tehnologije.