Nanoskalige Sensoren liefern präzise Echtzeit-Blattwasserstandsmessungen

Wasserregulation in Blättern ist vital für die Pflanzengesundheit und beeinflusst Wachstum, Ertrag, Krankheitsanfälligkeit und Dürreresistenz.

Eine neue Technologie nutzt nanoskalige Sensoren und Glasfaseroptik, um den Wasserstatus direkt unter der Blattoberfläche zu messen, wo Wasser in Pflanzen am aktivsten gemanagt wird.

Dies bietet ein minimalinvasives Forschungstool, um das Verständnis grundlegender Pflanzenbiologie voranzutreiben. Es könnte zur Züchtung dürreresistenterer Nutzpflanzen führen.

Die Technologie könnte schließlich als agronomisches Tool für die Echtzeit-Messung des Wasserstatus in Nutzpflanzen adaptiert werden.

Die Technik involviert die Injektion von Nanopartikeln aus einem weichen synthetischen Hydrogel, genannt AquaDust, zur Messung des Wasserpotenzials eines Blatts. Das Hydrogel, das die interstitiellen Räume zwischen Zellen im Mesophyll einnimmt, ist wasserabsorbierend und quillt bzw. schrumpft basierend auf der Wasserverfügbarkeit im Blatt.

AquaDust enthält Farbstoffe, deren Interaktionen es ermöglichen, bei unterschiedlichen Wellenlängen zu fluoreszieren, abhängig davon, wie nah die Farbstoffmoleküle beieinander sind. Durch Nutzung von Glasfaseroptik können die Forscher Licht hineinscheinen und ein Spektrum zurückbekommen, das eine Messung des Wasserpotenzials im Blatt liefert.

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

Diese Technologie könnte kommerzielle Anwendungen für Nutzpflanzenforschung, Produktionslandwirtschaft und Fertigungsindustrien haben, aber derzeit liegt der Fokus der Forscher auf Messungen der sehr lokalen Physiologie des Wassermanagements in Pflanzen.

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