Pflanzenstomata-Druckdynamik, die durch die Laserbasis-Methode beleuchtet wird, bieten Wassereffizienzerkenntnisse

Jedes Mal, wenn die Temperatur abfällt, geht eine Wolke über den Kopf oder die Sonne setzt eine Pflanze aus: Halten Sie ihre mikroskopischen Poren, die als Stomata bezeichnet werden, offen für Kohlendioxid und fassen Sie die Photosynthesize fort oder schließen Sie sie, um seine kostbaren Wassergeschäfte zu schützen. Diese Fähigkeit, Poren zu öffnen und zu schließen, erfordert, dass die Anlage auf subtile Umweltveränderungen reagiert, indem der Druck innerhalb der Zellen der Stomata eingestellt wird – eine komplexe Fähigkeit, die sich über Hunderte von Millionen von Jahren entwickelte.

Ein interdisziplinäres Team von Biologen, Physikern und Ingenieuren, die von Forschern der Yale School of the Environment geleitet werden, hat eine Methode entwickelt, um diese Druckänderungen zu beobachten. Der neue Ansatz, der in einer Studie beschrieben ist veröffentlicht In PNAserweitert die Geschwindigkeit, mit der – und die Anzahl der Arten, aus denen aus Arten – Messungen ergreifen und neue Möglichkeiten für die Erforschung von Pflanzenentwicklung und Physiologie mit wertvollen Anwendungen zur Verbesserung der Wassereffizienz eröffnen können, so die Forscher.

„Fast jedes einzelne Landwerk nutzt dieses Prinzip des inneren Drucks, um alles zu wachsen, sich zu reproduzieren und alles zu tun, aber wir hatten zuvor keinen Zugang zu dieser Messung“, sagte Craig Brodersen, Howard und Maryam Newman Professor für pflanzliche physiologische Ökologie und der führende Autor der Studie.

„Viele der grundlegenden Theorien darüber, wie Pflanzen arbeiten, basiert auf einer extrem begrenzten Reihe von Messungen nur an einigen Arten.“

Die Studie ist die erste veröffentlichte Anwendung der Methode in Stomata in Bryophyten (eine Linie, die Mooses umfasst), die das Verständnis des evolutionären Trajektoriens der frühesten Pflanzen der Erde verbessern wird, so das Team.

Um die Druckänderungen zu messen, die die Stomata mechanisch zum Öffnen und Schließen zwingen, haben Wissenschaftler traditionell Zellen mit einem fragilen Glasrohr durchbohrt, das einen Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares misst. Die Röhren brechen leicht und die arbeitsintensive Methode funktioniert nur an Arten mit größeren Zellen.

Im Gegensatz dazu verwendet der neue Ansatz ein Lasersystem, das kreativ von der Forschung angepasst wird, die an der Yale School of Medicine durchgeführt wird, um die Nervenregeneration in Würmern zu verstehen.

Ein hoher Impuls von Lichtenergie verdampft die Flüssigkeit in der Zelle und erzeugt winzige Blasen. Obwohl sich die Blasen in einem Bruchteil einer Sekunde auflösen, hat das Team die maximale Größe der Blase gemessen, die mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras proportional zum Druck um ihn herum ist.

Die Forscher beobachteten dann, wie sich der Druck ändert, basierend darauf, wie groß die Blase als Reaktion auf sich ändernde Lichtstufen erzielt. Das Team testete die Methode erfolgreich in mehr als 40 Pflanzenarten, darunter mehrere mit Zellen, die zu klein waren, um zuvor zu untersuchen.

Das Quantifizieren dieser Veränderungen hilft Wissenschaftlern, zu verstehen, wie schnell sich Stomata öffnen und schließen kann, was letztendlich das Gleichgewicht zwischen dem, was eine Pflanze eine Pflanze absorbiert, und wie viel Wasser sie verliert, während die Poren geöffnet sind. Die Effizienz des Wasserverbrauchs, wie diese Maßnahme genannt wird, ist ein zentrales Anliegen in der Landwirtschaft. Diese Werkzeuge sind ein wichtiger erster Schritt bei der Entwicklung von Erntesorten, die wassereffizienter sind und die Bewässerungsmanagement in Wasser-Scarce-Umgebungen verbessern, sagte Brodersen.

Das Team verfeinert weiterhin die Methode und setzt seine Arbeit fort, um ein System zu entwickeln, um einen absoluten Druck zu erzielen.