Lorsque les plantes sont en bonne santé, elles émettent une lumière rouge qu’il est presque impossible de voir à l’œil nu, mais grâce à un nouvel instrument développé à l’Université York, il est désormais possible de mesurer cette lumière, que ce soit en laboratoire ou sur le terrain.
Bien que cela puisse sembler de la science-fiction de dire que des plantes saines brillent, cette fluorescence retardée provient de la lumière absorbée par le soleil, liée à l’activité photosynthétique et à la santé de la plante. Les plantes émettent cette lueur après avoir absorbé un flash de lumière.
« Nous pouvons dire à quel point la plante est en bonne santé par la robustesse de la lumière rouge qu’elle émet. Plus la lumière est faible, moins la plante est en bonne santé », explique le professeur agrégé de biophysique Ozzy Mermut de la Faculté des sciences de York. « Vous ne pouvez pas toujours dire la santé de la plante simplement en la regardant. Souvent, elle aura l’air verte et saine jusqu’à ce que vous la testiez. »
C’est là qu’intervient le nouveau biocapteur hautement sensible et portable conçu par le professeur de chimie William Pietro de Mermut et York. « Nous avons développé un appareil capable de capturer les émissions lumineuses de faible intensité des plantes », explique Pietro.
L’outil, un dispositif portable de comptage de photons à fluorescence retardée compatible SiPM (photomultiplicateur au silicium à l’état solide) avec excitation plug-and-play intégrée d’une simple LED, peut facilement être déployé à distance. Cela permet à l’appareil d’aider à mesurer la santé et la durabilité des plantes, en particulier celles stressées par les émissions de CO2, les gaz à effet de serre et les événements météorologiques extrêmes, et d’évaluer les impacts de l’industrialisation. Non seulement il peut être utilisé dans un laboratoire, mais, comme il a la taille d’une mallette, il peut être facilement transporté d’un site à l’autre, qu’il s’agisse de cultures en Saskatchewan, d’où Mermut est originaire, de terres autochtones protégées à travers le Canada ou des forêts tropicales de Brésil.
« Les résultats de cela peuvent nous renseigner sur la réaction des plantes dans diverses conditions environnementales, y compris la sécheresse, le stress dû aux chocs thermiques et froids ou après des inondations. Il le fait d’une nouvelle manière puissante qui nous permet d’étudier ce phénomène d’émission des plantes directement dans Il est si sensible qu’il peut compter les photons individuels, les particules de lumière émises par les plantes », explique Pietro.
Cela n’aurait pas été possible il y a encore quelques années. La technologie était trop grande, pas du tout portable, compliquée et coûteuse, ce qui empêchait jusqu’à présent les études sur le terrain. Mermut et Pietro espèrent que d’autres chercheurs commenceront également à utiliser l’instrument dans leurs études, peut-être pour étudier les impacts du changement climatique au fil du temps sur les plantes.
À l’avenir, ils espèrent monter l’équipement sur un drone afin qu’il puisse survoler les forêts tropicales, les zones de conservation et les champs agricoles – ce qui peut aider les agriculteurs à assurer la sécurité alimentaire – pour évaluer leur santé et son évolution au fil du temps ou en réaction aux facteurs de stress environnementaux. .
« C’est tellement important car environ 20% de l’oxygène est produit par les forêts tropicales brésiliennes », explique Mermut, qui a de l’expérience dans la création de dispositifs médicaux déployables à distance pour les applications de santé mondiale et la recherche spatiale en sciences de la vie. « Vous pouvez imaginer à quel point une telle technologie peut devenir utile à l’avenir, non seulement pour les plantes, mais aussi pour les humains. »
Les chercheurs ont publié leur étude de preuve de concept, « Un appareil portable de comptage de photons à fluorescence retardée compatible SiPM : biodétection du stress climatique des plantes » dans un numéro spécial de la revue Biocapteurs—Des (bio-)capteurs basés sur la photonique pour une planète en bonne santé.
Déjà, ils enseignent aux étudiants du programme de premier cycle en biophysique du Département de physique et d’astronomie les concepts et l’utilisation de l’équipement de recherche du laboratoire MiBAR, où ils peuvent simuler les contraintes présentes dans la nature dans les serres, pour voir les effets sur diverses plantes.
C’est un exemple de la façon dont la recherche de pointe est utilisée non seulement en classe, mais aussi sur le terrain.
Plus d’information:
William J. Pietro et al, A SiPM-Enabled Portable Delayed Fluorescence Photon Counting Device: Climatic Plant Stress Biosensing, Biocapteurs (2022). DOI : 10.3390/bios12100817