Когда растения здоровы, они излучают красный свет, который почти невозможно увидеть невооруженным глазом, но с помощью нового прибора, разработанного в Йоркском университете, теперь можно измерить этот свет как в лаборатории, так и в полевых условиях.
Хотя это может звучать как научная фантастика сказать, что здоровые растения светятся, эта замедленная флуоресценция происходит от легкий поглощается солнцем, связан с фотосинтетической активностью и здоровьем растения. Растения излучают это свечение после того, как они поглощают вспышку света.
«Мы можем сказать, насколько здорово растение, по прочности красный свет они излучают. Чем слабее становится свет, тем менее здоровым становится растение», — говорит доцент биофизики Оззи Мермут с факультета естественных наук Йорка. «Вы не всегда можете сказать о здоровье растения, просто взглянув на него. Часто он будет выглядеть зеленым и здоровым, пока вы его не протестируете».
Вот тут-то и появляется новый, высокочувствительный и портативный биосенсор, разработанный профессором химии Мермута и Йорка Уильямом Пьетро. «Мы разработали устройство, которое может улавливать излучение света низкой интенсивности от растений», — говорит Пьетро.
Инструмент, SiPM (твердотельный кремниевый фотоумножитель) с поддержкой портативного устройства для подсчета фотонов с задержкой флуоресценции со встроенным возбуждением простого светодиода по принципу plug-and-play, может быть легко развернут удаленно. Это позволяет устройству измерять здоровье и устойчивость растений, особенно растений, подверженных воздействию CO.2 выбросы, парниковых газов и экстремальные погодные явленияи оценивает влияние индустриализации. Его можно не только использовать в лаборатории, но, поскольку он размером с портфель, его можно легко переносить с места на место, будь то урожай в Саскачеване, откуда родом Мермут, защищенные земли коренных народов по всей Канаде или тропические леса Бразилия.
«Результаты этого могут рассказать нам о реакции растений на различные условия внешней среды, в том числе на засуху, тепловой и холодовой стрессы или после наводнения. Он делает это новым мощным способом, который позволяет нам изучать явление эмиссии растений непосредственно в поле. Он настолько чувствителен, что может подсчитывать отдельные фотоны, частицы света, излучаемые растениями», — говорит Пьетро.
Это было бы невозможно даже несколько лет назад. Технология была слишком большой, ни в малейшей степени не портативной, сложной и дорогой, и все это до сих пор не позволяло проводить полевые исследования. Мермут и Пьетро надеются, что другие исследователи также начнут использовать этот прибор в своих исследованиях, возможно, для изучения воздействия изменения климата на растения с течением времени. В будущем они надеются установить оборудование на дрон, чтобы он мог летать над тропическими лесами. заповедные зоны и сельскохозяйственных угодий, которые могут помочь фермерам решить продовольственной безопасности- оценить свое здоровье и то, как оно меняется с течением времени или в ответ на стрессовые факторы окружающей среды.
«Это очень важно, поскольку бразильские дождевые леса производят примерно 20 процентов кислорода», — говорит Мермут, который имеет опыт создания дистанционно развертываемых медицинских устройств для глобальных медицинских приложений и исследований в области космических наук о жизни. «Вы можете себе представить, насколько полезной может стать такая технология в будущем не только для растений, но и для людей».
Исследователи опубликовали свое исследование, подтверждающее концепцию, «Портативное устройство для подсчета фотонов с задержкой флуоресценции с поддержкой SiPM: биозондирование климатического стресса растений» в специальном выпуске журнала Биосенсоры— Датчики на основе фотоники (био) для здоровой планеты.
Они уже обучают студентов программы бакалавриата по биофизике на факультете физики и астрономии концепциям и тому, как использовать исследовательское оборудование в лаборатории MiBAR, где они могут моделировать стрессы, встречающиеся в природе в теплицах, чтобы увидеть их влияние на различный растений.
Это пример того, как передовые исследования сразу же используются не только в классе, но и в полевых условиях.