Różności i nowinki technologia

Jakie rośliny mogą przetrwać suszę? Nanoczujniki mogą dostarczać wskazówek

W ramach obecnych badań naukowcy wstrzyknęli roztwór do liści kukurydzy, co wybrali po części dlatego, że uprawa ma kluczowe znaczenie dla światowego zaopatrzenia w żywność. Nanoczujniki pokryły zewnętrzną część komórek liścia, pęczniejąc lub kurcząc się w zależności od ilości dostępnej wody.

Cząsteczki barwnika w AquaDust fluoryzują przy różnych długościach fal, w zależności od ich wzajemnej bliskości, a te długości fal można zmierzyć za pomocą przyrządu zwanego spektrometrem. Gdy woda jest łatwo dostępna, nanocząsteczki pęcznieją, rozpychając barwniki i tworząc pik w zielonej długości fali emitowanej przez barwniki. Gdy wody jest niewiele, nanocząsteczki kurczą się, a barwniki zbliżają się do siebie, co skutkuje pikem w długości fali żółtej. Następnie naukowcy mogą przekształcić odczyty widma emisji w pomiary potencjału wody, a wszystko to bez szkody dla roślin.

Technikę tę można zastosować w różnych miejscach wzdłuż liścia, aby śledzić przepływ wody, mówi Piyush Jain, współautor badań i doktorant w dziedzinie inżynierii mechanicznej w Cornell. „To, co nam pozwala, to w zasadzie modelowanie przepływu wody przez różne tkanki, zaczynając od łodygi po różne części liścia”, mówi.

Naukowcy skoncentrowali swoje pomiary AquaDust na obszarze tuż pod powierzchnią liścia, gdzie rośliny pełnią ważne funkcje, takie jak pochłanianie CO2, uwalniając parę wodną do atmosfery i pakując cukry powstałe w wyniku fotosyntezy. Naukowcy twierdzą, że w hodowli roślin lepiej gospodarujących wodą bardzo pomocne będzie lepsze zrozumienie biologii i zachowania wody w takich krytycznych punktach.

Docelowo technologia może być wykorzystywana w rzeczywistych sytuacjach, takich jak pracownicy na polach lub szklarniach. Być może pewnego dnia będzie można nawet spryskać pole AquaDustem, a następnie użyć kamery wielospektralnej, aby szybko zmierzyć potencjał wody w setkach roślin.

Naukowiec używający AquaDust na polu kukurydzy.: Siyu Zhu/Uniwersytet Cornell

I chociaż jest to wciąż odległy rozwój, AquaDust brzmi jak użyteczna technologia, mówi Irwin Goldman, profesor ogrodnictwa na Uniwersytecie Wisconsin w Madison, który nie był zaangażowany w badania. „Korzystanie z jakiejkolwiek technologii teledetekcji – w tym przypadku używają nanoczujników – to ogromny krok naprzód”, mówi. „Moim zdaniem ta technologia jest tak naprawdę przyszłością”.

Hodowcy od jakiegoś czasu koncentrują się na uprawie roślin odpornych na suszę, mówi Goldman. „Od co najmniej 15 lat w społeczności hodowców roślin istnieje poczucie, że musimy włączyć selekcję w celu zwiększenia odporności naszych upraw w ramach naszych programów hodowlanych, że nie wystarczy po prostu hodować bardziej wydajne lub lepszej jakości lub odporności na choroby” – mówi. Ale, jak podkreśla, identyfikacja, które rośliny najlepiej przeciwdziałają utracie wody i które geny są powiązane z tą odpornością, będzie długim procesem, zanim połączymy je z innymi pożądanymi cechami, takimi jak dobre odżywianie i smak. „Gdy już zidentyfikujemy geny, jest to bardzo pomocne, ale niekoniecznie prowadzi nas do końca projektu” – mówi. „Nadal musimy znaleźć przydatne kombinacje”.

Na razie AquaDust to przede wszystkim narzędzie badawcze, a nie coś, co jest gotowe do wdrożenia na dużą skalę, dzięki czemu rolnicy lub hodowcy mogliby użyć, powiedzmy, do oceny 1000 roślin w ciągu godziny. Po pierwsze, sam wstrzyknięty roztwór zawiera wodę, która musi wyparować, zanim ktokolwiek będzie mógł dokonać pomiaru. „Czekamy około jednego dnia, aby liść powrócił do swojego naturalnego stanu”, mówi Jain.

Metody aplikacji i odczytu AquaDust musiałyby zostać dopracowane, zanim będzie gotowe do takich wysokoprzepustowych pomiarów lub produktów komercyjnych. Ale w międzyczasie możliwość precyzyjnego ukierunkowania przepływu wody w roślinach może pomóc naukowcom rozwiązać niektóre zagadki. Jednym z nich, mówi Stroock, jest to, czy rośliny pozwalają wyschnąć najbardziej wewnętrznym warstwom liści, zwanym mezofilem. Przez lata konwencjonalna mądrość była taka, że ​​unikają tego, ale pośrednie pomiary przeprowadzone przez inne laboratoria sugerują teraz, że jest to możliwe. Możliwość przetestowania tego bezpośrednio za pomocą AquaDust może fundamentalnie zmienić nasze zrozumienie tego, w jaki sposób rośliny zarządzają swoją wodą i jak radzą sobie ze stresem powodowanym przez suchą tkankę wewnętrzną, mówi.

„Wierzymy, że w laboratorium są bardzo ekscytujące pytania, na które należy odpowiedzieć, które mają pierwszeństwo przed komercjalizacją” – mówi Stroock. „W tej chwili rolnicy z Iowa nie dzwonią do nas, aby powiedzieć: »Czy możemy pokryć nasze pole AquaDustem?«”

Ci rolnicy prawdopodobnie tylko liczą na deszcz. Ale pewnego dnia technologia, taka jak nanoczujniki, może im pomóc, gdy te nadzieje wyschną.


Więcej wspaniałych historii WIRED

Zostaw komentarz

Maciek Luboński
Z wykształcenia jestem kucharzem , ale to nie przeszkadza mi pisać dla Was tekstów z wielu ciekawych dziedzin , których sam jestem fanem.Piszę dużo i często nie na tak jak trzeba , ale co z tego skoro tak naprawdę liczy się pasja.

Najlepsze recenzje

Video

gallery

Facebook