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新发明纳米水凝胶可测量叶子内水分状况

2021年06月10日 5:28 PDF版 分享转发

研究者将纳米感应器注入叶子。

植物叶片上的水分是否充足,是整棵植株健康的关键。这不仅影响作物的生长和田地的产量,对作物抗虫害、抗干旱能力都有影响。

美国康奈尔大学(Cornell University)的研究组发明了一种纳米感应材料,注入叶片即可实时了解叶面的分水情况。这种技术将对农业用节水的方式有效灌溉作物提供重要的支持,也有助于培育抗旱作物品种。

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“目前测量植物水分的方法要把破坏叶片样品,”这份研究的作者之一贾恩(Piyush Jain)说,“而这种新方法无需损坏植物,即可测量植物实时的水分情况。”

包裹在植物叶片上运输水分的组织木质部外面的叶肉,是植物进行光合作用和水分管理的核心部位。研究人员猜测,缺水的信号就是从叶肉发出,送到植株的其它部位实现水分管理。在叶面和茎干的表面还有气孔,它们的开启和闭合,控制着植物与水蒸气和二氧化碳这类物质交换的速度。

研究人员发明了一种,注入叶片后,里面的纳米粒子将填充在叶肉里面的细胞之间。由于水凝胶的吸水性,随着叶片含水情况的变化,水凝胶出现膨胀和收缩的变化。

水凝胶内含有颜料,这种颜料粒子根据互相之间距离的远近,将发出不同波长的萤光。根据对颜料发出的光谱进行测量,研究人员就得到叶片内含水的情况。

这项研究以玉米叶子进行实验。玉米叶子可达一米多长。研究人员向玉米叶子的多处注入凝胶,测量整个叶片以及叶肉内水分梯度分布。利用测量结果开发了一套叶肉反映缺水压力的模型,能够准确预测实地作物的灌溉情况。

研究者估计这项技术在农作物研究、农业生产和制造业等领域都具有商业价值,或有助于生物学家培育出高度节水的作物品种。

这份研究6月1日发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。◇

来源:大纪元记者张妮编译报导

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