محققان با استفاده از هیدروژل، نوعی حسگر ساختند که می‌تواند رفتار گیاه را در کم‌آبی بررسی کرده و اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار برگ و گیاه ارائه کند.
نانوحسگری برای تشخیص تنش کم‌آبی در گیاه
تنظیم مقدار آب موجود در برگ‌ها برای سلامتی گیاه مهم و حیاتی است و بر رشد و عملکرد گیاه، حساسیت در برابر بیماری و مقاومت به خشکی تأثیر می‌گذارد. به تازگی محققان دانشگاه کرنل با استفاده از حسگرهای نانومقیاس و فیبر نوری، فناوری جدیدی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان وضعیت آب در داخل برگ را اندازه‌گیری کرد، جایی که آب گیاهان به‌طور فعالانه مدیریت می‌شود. این دستاورد محققان دانشگاه کرنل یک ابزار تحقیقاتی کم تهاجمی را برای پژوهشگران فراهم می‌کند تا درک بهتری درباره زیست‌شناسی اساسی به‌دست آورند و دریچه‌ای را برای پرورش محصولات مقاوم در برابر خشکسالی باز می‌کند. این فناوری می‌تواند در آینده به‌عنوان ابزار زراعی برای اندازه‌گیری وضعیت آب در محصولات کشاورزی در زمان واقعی به کار گرفته شود.
آبراهام استروک، استاد دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولر اسمیت می‌گوید: «یکی از اهداف این پروژه داشتن ابزاری است که به شما اجازه می‌دهد زیست‌شناسی داخل گیاه به‌گونه‌ای در دنیای بیرون ارائه شود که بتوان آن را به تصویر کشید و دیجیتالی کرد.»
پیوش جین، دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک و از محققان این پروژه می‌گوید: «روش‌های فعلی برای اندازه‌گیری آب، نیاز به نمونه‌برداری مخرب از برگ‌ها یا ایجاد اختلال در عملکرد برگ‌ها دارد. این روش جدید ما امکان اندازه‌گیری باحداقل اختلال مکانی و زمانی را در برگ گیاهان سالم فراهم می‌کند.»
در خارج از بافت‌های انتقال‌دهنده برگ، به‌نام آوند (رگ‌ها)، یک منطقه داخلی به‌نام مزوفیل واقع شده است، جایی که بیشتر فتوسنتز گیاه و تنش آبی در آن اتفاق می‌افتد. زیست‌شناسان گمان می‌کنند که سیگنال‌هایی از اینجا به بقیه گیاه برای مدیریت آب ارسال می‌شود. همچنین، در سطح برگ‌ها و ساقه‌ها، منافذی به نام روزنه باز و بسته می‌شوند تا میزان تبادل گازها، بیشتر، بخار آب و دی‌اکسید کربن را کنترل کنند. این فناوری جدید در این منطقه میکروسکوپی کار می‌کند.
استروک می‌گوید: «ما هم‌اکنون آب را در بخش‌های داخلی و مهم گیاه حس می‌کنیم. ما نشان داده‌ایم که با گرفتن چنین اندازه‌گیری موضعی، می‌توانیم پویایی آب موجود در بافت‌ها را بررسی کنیم. این روش شامل تزریق نانوذره تشکیل شده از یک هیدروژل مصنوعی نرم به‌نام AquaDust برای اندازه‌گیری آب داخل یک برگ است. هیدروژل که فضاهای بین سلول‌های موجود در مزوفیل را اشغال می‌کند، براساس در دسترس بودن آب در برگ، جذب آب، متورم شده و یا جمع می‌شود. AquaDust حاوی رنگ‌هایی است که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در طول موج‌های مختلف بسته به میزان نزدیک بودن مولکول‌های رنگ به یکدیگر، تابش فلورسنت داشته باشند.»
در این مطالعه، محققان AquaDust را در چند نقطه مختلف و در امتداد برگ‌های ذرت به طول چند متر تزریق کردند و سپس میزان گرادیان آب را هم در طول برگ‌ها و هم از طریق مزوفیل اندازه‌گیری کردند. این اندازه‌گیری‌ها به آن‌ها اجازه می‌دهد تا مدلی از پاسخ بافتی به تنش آبی ایجاد کرده و پویایی مشاهده شده در مزرعه را به‌طور دقیق پیش‌بینی کنند.
