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Sensores em nanoescala medem os níveis de água evasivos nas folhas

Traduzido de Science Daily
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A regulação da água nas folhas é vital para a saúde de uma planta, pois afeta seu crescimento e desempenho, susceptibilidade a doenças e resistência à seca.

Uma tecnologia inovadora desenvolvida por pesquisadores da Cornell University usa sensores em nanoescala e fibras ópticas para medir o estado da água apenas dentro da superfície de uma folha, onde a água das plantas é gerenciada de forma mais ativa.

A façanha da engenharia fornece uma ferramenta de pesquisa minimamente invasiva que irá avançar muito no entendimento da biologia vegetal básica e abrir a porta para a reprodução de safras mais resistentes à seca. A tecnologia poderia eventualmente ser adaptada para uso como uma ferramenta agronômica para medir o estado da água nas lavouras em tempo real.

O estudo em plantas de milho, “Um método minimamente perturbador para medir o potencial hídrico na planta usando nanoreportadores de hidrogel”, publicado em 1º de junho no procedimentos da Academia Nacional de Ciências.

“Um dos objetivos é ter ferramentas que permitam que a biologia interna se expresse no mundo de uma forma que possa ser capturada e digitalizada”, disse o autor principal Abraham Stroock, professor da Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering. Engenharia.

“As técnicas atuais para medir o potencial da água requerem amostragem destrutiva da folha ou alteração da função da folha”, disse o co-autor Piyush Jain, um estudante de doutorado em engenharia mecânica. O novo método, disse ele, “fornece medidas minimamente perturbadoras e espacialmente e temporalmente resolvidas do potencial hídrico em folhas de plantas intactas.”

Fora dos tecidos de transporte das folhas, denominado xilema (as nervuras), existe uma zona interna denominada mesofilo, onde ocorre a maior parte da fotossíntese e do estresse hídrico da planta. Biólogos suspeitam que sinais estão sendo enviados daqui para o resto da planta para gerenciamento de água. Além disso, na superfície das folhas e caules, os poros chamados estômatos se abrem e fecham para controlar a taxa de troca gasosa, principalmente vapor de água e dióxido de carbono.

A nova tecnologia atua nesta zona microscópica.

“Agora estamos detectando água naquele terminal”, disse Stroock. “Mostramos que, ao obter essa medição localizada, podemos dissecar a dinâmica da água nos tecidos” de maneiras minimamente invasivas, disse ele.

A técnica consiste em injetar nanopartículas compostas por um hidrogel sintético macio, denominado AquaDust, para medir o potencial hídrico de uma folha. O hidrogel, que ocupa os espaços intersticiais entre as células do mesofilo, é absorvente de água, incha e encolhe dependendo da disponibilidade de água na folha.

O AquaDust contém corantes cujas interações permitem a fluorescência em diferentes comprimentos de onda, dependendo da proximidade das moléculas de corante umas das outras. Usando fibra óptica, os pesquisadores podem acender uma luz e recuperar um espectro, que fornece uma medida do potencial da água dentro da folha.

No estudo, os pesquisadores injetaram AquaDust em vários locais ao longo de cascas de milho de um metro de comprimento e mediram os gradientes de água ao longo das folhas e através do mesofilo. Essas medições permitiram desenvolver um modelo da resposta do tecido ao estresse hídrico e prever com precisão a dinâmica observada em campo.

Esta tecnologia pode ter aplicações comerciais para pesquisa de safras, agricultura de produção e indústrias de manufatura, mas por enquanto o foco dos pesquisadores está em medições valiosas da fisiologia local do manejo da água nas plantas. Como ferramenta de pesquisa, permite que os biólogos vegetais entendam melhor os extremos do estresse hídrico, o que pode levar a safras mais eficientes no uso de água.

Fonte da história:

Materiais fornecido por Cornell University. Original escrito por Krishna Ramanujan. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.

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