美媒：納米傳感器幫人類找到抗旱作物

原標題：美媒：納米傳感器幫人類找到抗旱作物 來源：參考消息網

參考消息網7月21日報導 哪些作物能戰勝乾旱？美國《連線》月刊網站7月2日發表文章稱，納米傳感器可能提供線索。全文摘編如下：

氣候變化對農作物而言，按照字面意義，是一個生長問題。

地球變暖增加了全球乾旱惡化的可能性。在美國，它正在威脅大豆、玉米和小麥的生產，而且未來看起來也不會變得更潮濕。因此，在缺水的情況下，我們也許會嚐試種植能更有效管理水的作物。

美國康奈爾大學化學和分子生物工程學教授亞伯拉罕·斯特魯克說：“當下的一大重點是針對正在變化的氣候育種。我們希望發現新的性狀和它們的基因起源來適應我們未來——我們當下在全球很多地方——炎熱乾燥的氣候。”

但研究人員必須首先更好地瞭解現有植株是如何管理水分流動的。斯特魯克及其同事研發了一款名為AquaDust的納米傳感器，它利用微小的螢光染料來說明水分是如何在植物組織中流動的。這是育種者和生物學家在微觀水平上評估作物健康的一種微創方法。今年6月美國《國家科學院學報》上新發表的一篇論文描述了他們的工作。

水分對植物至關重要。它讓細胞保持水分，對光合作用至關重要。但它也處於張力之下。植物從土壤中汲取水分，然後向上輸送至葉片。與此同時，周圍的空氣通過蒸發把水分抽走，尤其是在空氣又熱又幹的情況下。衡量這一張力的標準被稱為“水勢”。瞭解一種植物的水勢很重要，因為這與植物的生長、產量以及水耗與二氧化碳吸收之間的微妙平衡有關。在乾旱期間，負水勢的植物可能會乾涸死亡。

目前，測量這一壓力的黃金標準是一種叫做朔蘭德（Scholander）壓力室的工具。它的大小和形狀與一個打開的餐盒差不多，它包含一個壓力表和樣品室，外加一個外部加壓氣體罐。在把葉片密封在樣品室後，研究人員加大壓力，迫使液體從植物中流出，並得到一個讀數。斯特魯克說，但這項技術已有幾十年歷史，儀器很重，而且如果想要獲得整個葉片的讀數，就必須把葉片剪下來和毀掉。斯特魯克是上述研究論文的合著者之一。

因此，斯特魯克的團隊正在採取一種不同的方法，一種讓葉片保持生機的方法。

他們首先研發了被他們稱為“AquaDust”的納米傳感器。這是由水凝膠製成，可根據水分供應量的變化而擴大或收縮。這種傳感器可以混合成溶液，生成一種粉紅色液體。

在目前的研究中，研究人員將溶液注入玉米葉片，之所以選擇玉米葉片，部分原因是玉米對全球糧食供應至關重要。納米傳感器包裹著葉片細胞，根據水分供應量的變化膨脹或縮小。

AquaDust中的染料分子根據相互之間的距離發出不同波長的螢光，這些波長可以用一種叫做光譜儀的儀器測量。當水分垂手可得的時候，納米傳感器就會膨脹，把染料推開，並在染料發出的綠色波長中產生一個峰值。當水分不足時，納米粒子就會收縮，而染料則會靠攏，導致在黃色波長中產生一個峰值。然後，研究人員可以將發射光譜讀數轉換成水勢數據，而完全不會對植物造成損害。

康奈爾大學機械工程學博士研究生、論文合著者皮尤什·賈因說，這項技術可以用於葉片的不同位置，以跟蹤水分流動。他說：“這項技術基本上使我們能夠製作水分在不同組織流動的模型，從莖到葉片的不同部分。”

研究人員用AquaDust重點測量葉片表面下部的區域，植物在這一區域完成吸收二氧化碳、將水蒸氣釋放到大氣中以及包裝由光合作用產生的糖等重要功能。研究人員說，為了培育能夠更好地管理水的作物，對水分在此類關鍵點的生物學和行為有更好的瞭解將非常有幫助。

最終，這項技術可能會用於現實世界，比如供農田或溫室中的工人使用。有朝一日甚至有可能在農田中噴灑AquaDust，然後用多光譜相機迅速測量數百棵植物的水勢。

美國威斯康星大學麥迪遜分校園藝學教授歐文·戈德曼說，儘管這仍是一個遙遠的發展前景，但AquaDust似乎是有用的技術。並未參與這項研究的戈德曼說：“使用任何類型的遙感技術——在這裏是使用納米傳感器——都是巨大的飛躍。我認為，這項技術真的是未來的發展方向。”

戈德曼說，一段時間以來，育種者一直把重點放在培育抗旱作物上。他說：“至少在過去15年里，植物育種界有這樣一種觀點，即我們需要將提高農作物適應性的選擇納入我們的育種計劃，認為僅僅培育高產、優質或抗病品種是不夠的。”但他指出，要確定哪些植物最能抵禦水耗，以及哪些基因與這種適應性有關，將是一個漫長的過程，之後才能將它們與高營養和口感佳等其他理想性狀結合。他說：“一旦我們確定了這些基因，那將非常有幫助。”