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 утверждение, что здоровые растения светятся, может звучать как научная фантастика, эта замедленная флуоресценция возникает из-за света, поглощаемого солнцем, что связано с фотосинтетической активностью и здоровьем растения. Растения излучают это свечение после того, как они поглощают вспышку света. «Мы можем сказать, насколько здорово растение, по устойчивости красного света, который они излучают. Чем слабее становится свет, тем менее здоровым является растение», — говорит доцент биофизики Оззи Мермут с факультета естественных наук Йорка. «Вы не всегда можете сказать о здоровье растения, просто взглянув на него. Часто оно будет выглядеть зеленым и здоровым, пока вы его не проверите».
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 выбросов CO2, парниковых газов и экстремальных погодных явлений, а также оценивать 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 окружающей среды, включая засуху, тепловой и холодовой шок или после наводнения. Это делается новым мощным способом, который позволяет нам изучать это явление эмиссии растений непосредственно в 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 влияния изменения климата на растения с течением времени.
В будущем они надеются установить оборудование на беспилотник, чтобы он мог летать над тропическими лесами, заповедными зонами и сельскохозяйственными полями, что может помочь фермерам решить проблему продовольственной безопасности, чтобы 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 концептуальное исследование «Портативное устройство для подсчета фотонов с задержанной флуоресценцией с поддержкой SiPM: биозондирование климатического стресса растений» в специальном выпуске журнала Biosensors — Photonics-Based (Bio-) Sensors for a Healthy Planet. 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 различные растения. Это пример того, как передовые исследования сразу же используются не только в классе, но и в полевых условиях.
