Revolutionerande terahertz-teknik: mät växtvatten enkelt!

Revolutionerande terahertz-teknik: mät växtvatten enkelt!

En forskargrupp ledd av professor Dr. Martin Koch vid Philipps University of Marburg har utvecklat en banbrytande metod för att visualisera växternas vattenbalans. Denna innovativa teknik använder terahertz-spektroskopi för att exakt observera öppningen och stängningen av stomata, växternas bladöppningar. Resultaten av denna studie publicerades nyligen i specialisttidskriften Vetenskapliga rapporter publiceras. Med denna metod kan forskare nu bättre analysera växternas förmåga att anpassa sig till sina vattenresurser.

Stomata spelar en avgörande roll i växtlivet eftersom de möjliggör CO2-utbyte och reglerar transpiration. Under dagen absorberar växter CO2 genom sina stomata och frigör syre och förlorar vatten i processen. Vid torkstress eller på natten stänger stomata sig för att förhindra uttorkning. Terahertzvågorna som används för att analysera vattenbalansen absorberas starkt av vatten. Signaldämpningen som uppstår när terahertzstrålning passerar genom löven ger ledtrådar om växternas vattenhalt, vilket gör metoden särskilt användbar.

En jämförelse av växtvarianter

I en ytterligare analys jämförde teamet Arabidopsis-växter med varianter som har begränsad reglering av sin vattenbalans på grund av en genmutation. Denna mutation försämrar specifika signalvägar i torkstressresponsen. Resultaten visar att växter med en genetisk defekt torkar ut snabbare eftersom de inte effektivt kan anpassa sin stomatala öppning till vattenförsörjningen. Sådan kunskap kan vara avgörande för att identifiera mer motståndskraftiga växtgrödor för utmaningarna med klimatförändringar.

Dessutom strävar forskarna efter en mer portabel och kostnadseffektiv implementering av denna mätteknik för att ge andra laboratorier tillgång till denna innovativa teknik. Professor Dr. Martin Koch undervisar i fysik och leder arbetsgruppen för halvledarfotonik vid universitetet i Marburg. Dessa framsteg kan vara viktiga inte bara för jordbruksekonomin, utan också för andra områden där effektiv vattenförvaltning krävs.

Tillämpningar inom jordbruk och utanför

Klimatförändringarna orsakar långvarig torka i många regioner, vilket tvingar bönder att spara på vattnet. Intelligenta bevattningssystem som är skräddarsydda efter växternas faktiska behov skulle kunna vara en lösning här. Nuvarande metoder för att analysera vattenstatus är ofta invasiva och skadliga för växter. Terahertz-spektroskopi, å andra sidan, är icke-invasiv och ger fördelen att växtens yttre utseende, liksom de undersökta barrarna, förblir oförändrat, även om de har varit utsatta för torkstress i flera veckor.

Terahertz-teknologin, som även har potential inom industri och medicin, till exempel inom cancerdiagnostik, möjliggör automatiserad och mer exakt fenotypning av växter. Det planerade bärbara systemet för att analysera växter i fält kan revolutionera bevattningshanteringen. De German Plant Phenotyping Network (DPPN) och dess europeiska motsvarighet EPPN arbetar redan med att utveckla icke-invasiva metoder med hög genomströmning för växtforskning, vilket ytterligare understryker vikten av denna teknik.