如何在不破坏样本的情况下监测根系内部的水分吸收，这一直是研究人员试图了解活植物细胞和组织中流体运动的一大关键障碍。
这项研究的带头人、来自光学和光子学研究小组的Kevin Webb博士解释说:“为了在不伤害植物的情况下观察植物对水分的吸收，我们应用了一种敏感的、基于激光的光学显微镜技术，以非侵入性的方式观察植物根系内部的水分运动，这是以前从未做过的。
“从根本上说，植物茁壮成长并成为高产作物的过程是基于它吸收水分的能力以及对这一过程的管理能力。在植物组织中，水作为营养物、矿物质和其他生物分子的溶剂扮演着重要的角色。我们已经开发了一种方法，可以让我们自己在单个细胞的水平上观察这个过程。我们不仅可以看到水在根部向上流动，还可以看到它在哪里和如何流动。”
在这项研究中，科学家们对拟南芥的根进行了水分运输测量。拟南芥是科学家们的“模型植物”，因为它们可以很容易地通过基因工程来干扰水分吸收等基本过程。
利用温和的激光，这种基于诺贝尔奖得主拉曼散射技术的新成像技术，研究人员可以在细胞水平上测量通过拟南芥根系向上流动的水分，并运行数学模型来解释和量化这一点。
研究人员使用了“重水”(氧化氘，D2O)，它在每个氢原子的原子核中含有一个额外的中子。当植物喝水时，用激光在根部扫描一条线，可以看到“重水”通过根尖流过。
在经过基因改变以影响其水分吸收的拟南芥中，这些测量——结合数学模型——揭示了根系中一个重要的水分屏障。这首次证实了水分吸收是在根的中心组织中受到限制的，而水容器就位于根的内部。
该大学植物科学教授马尔科姆·贝内特(Malcolm Bennett)说:“这项创新技术是植物科学领域真正的游戏规则改变者，它使研究人员第一次能够在活体植物组织内的细胞和第二次尺度上可视化水的运动。这有望帮助我们解决一些重要问题，比如植物如何‘感知’水分的可用性?这个问题的答案对于设计未来的作物，更好地适应我们面临的气候变化和变化的天气模式的挑战至关重要。”
这项由Leverhulme信托基金资助的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
前瞻经济学人APP资讯组
论文原文：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24913-z