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第一次 科學家直接觀察到植物如何「喝水」

植物和人類一樣需要水,但它們究竟是如何通過木質部組織啜飲甘霖的,這仍然是一個有點神秘的問題,因為試圖直接觀察的行為會破壞這一過程。

諾丁漢大學物理學家Flavius Pascut團隊以一種新的方式應用溫和的成像技術,能夠實時觀察植物喝水時的內部工作機制。

諾丁漢大學電生理學家Kevin Webb說:"我們已經開發出一種方法,使我們能夠在單細胞水平上觀察這一過程。我們不僅可以看到水在根部上升,還可以看到水在哪裏以及如何流動。

水不僅是植物本身所必需的,它也是在整個生命結構中運輸其他營養物質、礦物質和重要生物分子的載體。植物如何有效地引導珍貴的液體四處流動,對它們忍受惡劣環境條件的能力有巨大影響。

Webb解釋說:"為了觀察活體植物的吸水情況而不損害它們,我們應用了一種敏感的、基於激光的光學顯微鏡技術,以非侵入性的方式看到活體根部內的水分運動,這在以前是從未做過的。

通過檢測光子如何從一個狹窄的激光源散射,拉曼微觀光譜學提供了實時的分子水平成像,在自然條件下,不需要分子標記。

這種技術非常敏感,它可以檢測分子鍵的質量和方向。這意味着可以通過使用和環境格格不入的分子來提供對比度——在這種情況下,用被稱為重水的氧化氘來代替普通水。氘是一種氫的同位素,它有一個中子以及正常氫的孤獨質子,使其質量增加一倍。

雖然重水的性質略有不同,但它與正常水足夠相似,不會在生理上發生變化。

掃描科學家研究最深入的植物——擬南芥Arabidopsis thaliana)——的根部後80秒內,即檢測到了重水的脈衝信號。研究小組交替將開花植物暴露在正常水和重水中,以觀察「新」水如何在植物組織中移動。

奇怪的是,研究人員只在根的內部檢測到被吸走的水,而輸送水的根部組織木質部就在這裏,這表明最開始,水在從根部上升到植物其他部分的過程中沒有與周圍組織共享。

研究人員認為,這意味着植物內有"兩個水世界",第二輪水擴散系統將水分配到這些外部組織。

能夠觀察到這個過程將幫助我們了解植物的生理,並為我們面臨的動盪的未來更好地給出作物規劃。

"我們的目標是通過了解和使用具有最佳生存機會的植物品種來提高全球糧食生產率,這些品種在任何特定的環境中都能發揮最大的生產力。」

Pascut團隊正在開發一種便攜式的成像技術,以便進行更方便的實地研究,他們還認為這種技術可以用於醫療保健監測設備,儘管我們的細胞比植物的小得多。

不過就目前而言,"這有望幫助我們解決一些重要的問題,比如——植物如何'感知'水的可用性?"諾丁漢大學的植物科學家Malcolm Bennett解釋說。

"這個問題的答案對於設計未來的作物,以更好地適應我們面臨的氣候變化和天氣模式改變的挑戰至關重要。

這項研究發表在《自然通訊》上。

責任編輯: 李韻   來源:搜狐 轉載請註明作者、出處並保持完整。

本文網址:https://hk.aboluowang.com/2021/0814/1632494.html

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