Eine lichtmikroskopische Aufnahme einer Pflanzenwurzel. (Choksawatdikorn/Science Photo Library) Pflanzen dürsten nach Wasser, Genauso wie wir Tiere es tun , aber wie genau sie es durch ihr Gewebe schlürfen, bleibt ein Rätsel, da der Versuch, es zu beobachten, den Prozess beeinträchtigt.
Durch die Anwendung einer sanften Bildgebungstechnik auf eine neue Art und Weise konnten der Physiker Flavius Pascut von der University of Nottingham und sein Team die Innereien der Pflanzen beim Trinken in Echtzeit beobachten.
„Wir haben eine Möglichkeit entwickelt, diesen Prozess auf der Ebene einzelner Zellen zu beobachten“, sagte Elektrophysiologe Kevin Webb von der University of Nottingham. „Wir können nicht nur sehen, wie das Wasser in der Wurzel aufsteigt, sondern auch, wo und wie es sich umherbewegt.“
Das Wasser selbst ist nicht nur lebenswichtig für die Pflanzen, es fungiert auch als Transportmittel für andere Nährstoffe, Mineralien und wichtige Biomoleküle durch die lebenden Strukturen. Wie effizient Pflanzen die kostbare Flüssigkeit transportieren können, kann einen großen Einfluss auf ihre Fähigkeit haben, rauen Umweltbedingungen standzuhalten.
„Um die Wasseraufnahme in lebenden Pflanzen zu beobachten, ohne sie zu schädigen, haben wir eine empfindliche, laserbasierte optische Mikroskopietechnik angewendet, um die Wasserbewegung in lebenden Wurzeln nicht-invasiv zu beobachten, was noch nie zuvor durchgeführt wurde.“ erklärt Webb.
Durch die Erfassung, wie Lichtphotonen von einer schmalen Laserquelle gestreut werden, Raman-Mikrospektroskopie Bietet Echtzeit-Bildgebung auf molekularer Ebene unter natürlichen Bedingungen, ohne dass eine molekulare Markierung erforderlich ist.
Diese Technik ist so empfindlich, dass sie die Masse und Ausrichtung molekularer Bindungen erkennen kann. Dies bedeutet, dass für einen Kontrast durch die Verwendung von Molekülen gesorgt werden kann, die sich von ihrer Umgebung abheben – in diesem Fall Deuteriumoxid, sogenanntes schweres Wasser, anstelle von normalem Wasser. Deuterium ist ein Wasserstoffisotop, das neben dem üblichen einsamen Proton von normalem Wasserstoff ein Neutron besitzt, wodurch sich seine Masse verdoppelt.
Während schweres Wasser leicht unterschiedliche Eigenschaften hat, ist es dem normalen Wasser so ähnlich, dass es in kleinen Mengen keine physiologischen Veränderungen verursacht.
Der Scan erkannte einen Puls des schweren Wassers innerhalb von 80 Sekunden nach der Freilegung der Wurzeln der Forscher. am gründlichsten untersuchte Pflanze , Ackerschmalwand ( Arabidopsis thaliana ). Pascut und das Team setzten die blühende Pflanze abwechselnd normalem und starkem Wasser aus, um zu beobachten, wie sich neues Wasser durch das Pflanzengewebe bewegte.
Kurioserweise entdeckten die Forscher das aufgesaugte Wasser nur im inneren Teil der Wurzeln, wo das Wasser transportierende Wurzelgewebe ist Xylem Dies zeigt, dass diese anfängliche Wasseraufnahme auf dem Weg von den Wurzeln zum Rest der Pflanze nicht an das umliegende Gewebe weitergegeben wird.
Die Forscher gehen davon aus, dass dies bedeutet, dass es innerhalb der Pflanze „zwei Wasserwelten“ gibt und dass das zweite System der Wasserdiffusion das Wasser an diese äußeren Gewebe verteilt.
Die Möglichkeit, diesen Prozess zu beobachten, wird uns helfen, ihn zu verstehen und den Anbau besser für die turbulente Zukunft zu planen, vor der wir stehen.
„Ziel ist es, die globale Nahrungsmittelproduktivität zu steigern, indem wir Pflanzenarten mit den besten Überlebenschancen verstehen und nutzen, die in jeder Umgebung, egal wie trocken oder nass, am produktivsten sein können.“ sagte Webb.
Pascut und das Team entwickeln eine tragbare Version der Bildgebungstechnologie, um leichter zugängliche Feldstudien zu ermöglichen, und sie glauben auch, dass diese Technik in Überwachungsgeräten für das Gesundheitswesen eingesetzt werden könnte, obwohl unsere Zellen viel kleiner sind als die von Pflanzen.
Vorerst jedoch: „Dies verspricht, uns dabei zu helfen, wichtige Fragen zu beantworten, wie zum Beispiel: Wie ‚spüren‘ Pflanzen die Wasserverfügbarkeit?“ erklärt Malcolm Bennett, Pflanzenforscher der University of Nottingham.
„Antworten auf diese Frage sind von entscheidender Bedeutung für die Gestaltung künftiger Nutzpflanzen, die besser an die Herausforderungen angepasst sind, mit denen wir konfrontiert sind.“ Klimawandel und veränderte Wettermuster.'
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .