Nanoskalige Sensoren messen schwer fassbare Wasserstände in Blättern

Die Wasserregulierung in den Blättern ist für die Gesundheit einer Pflanze von entscheidender Bedeutung und beeinflusst ihr Wachstum und ihren Ertrag, ihre Anfälligkeit für Krankheiten und ihre Resistenz gegen Trockenheit.

Eine neue Technologie verwendet Sensoren im Nanomaßstab und Faseroptik, um den Wasserstatus direkt innerhalb der Blattoberfläche zu messen, wo das Wasser in Pflanzen am aktivsten verwaltet wird.

Dies stellt ein minimal-invasives Forschungswerkzeug bereit, um das Verständnis der grundlegenden Pflanzenbiologie zu verbessern. Dies könnte dazu führen, dass dürreresistentere Pflanzen gezüchtet werden.

Die Technologie könnte schließlich als agronomisches Werkzeug zur Echtzeitmessung des Wasserzustands in Feldfrüchten angepasst werden.

Die Technik beinhaltet das Injizieren von Nanopartikeln, die aus einem weichen synthetischen Hydrogel namens AquaDust bestehen, um das Wasserpotential eines Blattes zu messen. Das Hydrogel, das die Zwischenräume zwischen den Zellen im Mesophyll einnimmt, ist wasserabsorbierend, quillt und schrumpft je nach Wasserverfügbarkeit im Blatt.

Der AquaDust enthält Farbstoffe, deren Wechselwirkungen es ihm ermöglichen, bei unterschiedlichen Wellenlängen zu fluoreszieren, je nachdem, wie nahe die Farbstoffmoleküle beieinander liegen. Durch die Verwendung von Glasfasern können die Forscher ein Licht ausstrahlen und ein Spektrum zurückerhalten, das eine Messung des Wasserpotentials im Inneren des Blattes liefert.

Verwandte Links :

• Optischer Biosensor erkennt Toxine
• Neuer photonischer Effekt könnte Arzneimittelentwicklung beschleunigen

In der Studie injizierten die Forscher den AquaDust an mehreren Stellen entlang meterlanger Maisblätter und maßen dann die Wassergradienten sowohl entlang der Blätter als auch durch das Mesophyll. Diese Messungen ermöglichten es ihnen, ein Modell der Gewebereaktion auf Wasserstress zu entwickeln und die im Feld beobachtete Dynamik genau vorherzusagen.

Diese Technologie kann kommerzielle Anwendungen für die Pflanzenforschung, die landwirtschaftliche Produktion und die verarbeitende Industrie haben, aber im Moment liegt der Fokus der Forscher auf der Messung der sehr lokalen Physiologie des Wassermanagements in Pflanzen.

Als Forschungsinstrument ermöglicht es Pflanzenbiologen, Extreme von Wasserstress besser zu verstehen, was zur Züchtung wassereffizienterer Pflanzen führen könnte.