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第一次 科学家直接观察到植物如何“喝水”

植物和人类一样需要水,但它们究竟是如何通过木质部组织啜饮甘霖的,这仍然是一个有点神秘的问题,因为试图直接观察的行为会破坏这一过程。

诺丁汉大学物理学家Flavius Pascut团队以一种新的方式应用温和的成像技术,能够实时观察植物喝水时的内部工作机制。

诺丁汉大学电生理学家Kevin Webb说:"我们已经开发出一种方法,使我们能够在单细胞水平上观察这一过程。我们不仅可以看到水在根部上升,还可以看到水在哪里以及如何流动。

水不仅是植物本身所必需的,它也是在整个生命结构中运输其他营养物质、矿物质和重要生物分子的载体。植物如何有效地引导珍贵的液体四处流动,对它们忍受恶劣环境条件的能力有巨大影响。

Webb解释说:"为了观察活体植物的吸水情况而不损害它们,我们应用了一种敏感的、基于激光的光学显微镜技术,以非侵入性的方式看到活体根部内的水分运动,这在以前是从未做过的。

通过检测光子如何从一个狭窄的激光源散射,拉曼微观光谱学提供了实时的分子水平成像,在自然条件下,不需要分子标记。

这种技术非常敏感,它可以检测分子键的质量和方向。这意味着可以通过使用和环境格格不入的分子来提供对比度——在这种情况下,用被称为重水的氧化氘来代替普通水。氘是一种氢的同位素,它有一个中子以及正常氢的孤独质子,使其质量增加一倍。

虽然重水的性质略有不同,但它与正常水足够相似,不会在生理上发生变化。

扫描科学家研究最深入的植物——拟南芥Arabidopsis thaliana)——的根部后80秒内,即检测到了重水的脉冲信号。研究小组交替将开花植物暴露在正常水和重水中,以观察“新”水如何在植物组织中移动。

奇怪的是,研究人员只在根的内部检测到被吸走的水,而输送水的根部组织木质部就在这里,这表明最开始,水在从根部上升到植物其他部分的过程中没有与周围组织共享。

研究人员认为,这意味着植物内有"两个水世界",第二轮水扩散系统将水分配到这些外部组织。

能够观察到这个过程将帮助我们了解植物的生理,并为我们面临的动荡的未来更好地给出作物规划。

"我们的目标是通过了解和使用具有最佳生存机会的植物品种来提高全球粮食生产率,这些品种在任何特定的环境中都能发挥最大的生产力。”

Pascut团队正在开发一种便携式的成像技术,以便进行更方便的实地研究,他们还认为这种技术可以用于医疗保健监测设备,尽管我们的细胞比植物的小得多。

不过就目前而言,"这有望帮助我们解决一些重要的问题,比如——植物如何'感知'水的可用性?"诺丁汉大学的植物科学家Malcolm Bennett解释说。

"这个问题的答案对于设计未来的作物,以更好地适应我们面临的气候变化和天气模式改变的挑战至关重要。

这项研究发表在《自然通讯》上。

责任编辑: 李韵  来源:搜狐 转载请注明作者、出处並保持完整。

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