Un investigador inyecta AquaDust en las hojas. Crédito:Universidad de Cornell
La regulación del agua en las hojas es vital para la salud de una planta, afectando su crecimiento y rendimiento, susceptibilidad a enfermedades y resistencia a la sequía.
Una tecnología innovadora desarrollada por investigadores de la Universidad de Cornell utiliza sensores a nanoescala y fibra óptica para medir el estado del agua justo dentro de la superficie de una hoja. donde el agua de las plantas se gestiona de forma más activa.
La hazaña de la ingeniería proporciona una herramienta de investigación mínimamente invasiva que avanzará enormemente en la comprensión de la biología vegetal básica. y abre la puerta a la obtención de cultivos más resistentes a la sequía. La tecnología podría eventualmente adaptarse para su uso como una herramienta agronómica para medir el estado del agua en los cultivos en tiempo real.
El estudio en plantas de maíz, "Un método mínimamente disruptivo para medir el potencial hídrico en la planta utilizando nanoinformadores de hidrogel, "publicado el 1 de junio en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
"Uno de los objetivos es tener herramientas que permitan que la biología interna se exprese en el mundo de una manera que pueda ser capturada y digitalizada, "dijo el autor principal Abraham Stroock, profesor de la Escuela Smith de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería.
"Las técnicas actuales para medir el potencial hídrico requieren un muestreo destructivo de las hojas o alterar la función de las hojas, "dijo el co-primer autor Piyush Jain, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica. El nuevo método él dijo, "proporciona mediciones mínimamente disruptivas y resueltas espacial y temporalmente del potencial hídrico en hojas de plantas intactas".
Los tintes fluorescentes en esta hoja de la planta de maíz muestran las paredes de las células epidérmicas (azul), cloroplastos (verde) y nanoinformadores de hidrogel (AquaDust) que revelan el potencial hídrico (rojo). Crédito:Piyush Jain / Universidad de Cornell
Fuera de los tejidos de transporte de las hojas, llamado xilema (las venas), se encuentra una zona interior llamada mesófilo, donde ocurre la mayor parte de la fotosíntesis de la planta y el estrés hídrico. Los biólogos sospechan que desde aquí se envían señales al resto de la planta para la gestión del agua. También, en la superficie de hojas y tallos, los poros llamados estomas se abren y cierran para controlar la tasa de intercambio de gases, principalmente vapor de agua y dióxido de carbono.
La nueva tecnología funciona en esta zona microscópica.
"Ahora estamos detectando agua justo en ese lugar terminal, ", Dijo Stroock." Hemos demostrado que al obtener una medición tan localizada, podemos diseccionar la dinámica del agua en los tejidos, "de formas mínimamente invasivas, él dijo.
La técnica consiste en inyectar una nanopartícula formada por un hidrogel sintético blando, llamado AquaDust, para medir el potencial hídrico de una hoja. El hidrogel que ocupa los espacios intersticiales entre las células del mesófilo, es absorbente de agua, hinchazón y encogimiento según la disponibilidad de agua en la hoja.
El AquaDust contiene tintes cuyas interacciones le permiten emitir fluorescencia en diferentes longitudes de onda dependiendo de qué tan cerca estén las moléculas de tinte entre sí. Al utilizar fibra óptica, los investigadores pueden hacer brillar una luz y recuperar un espectro, que proporciona una medida del potencial hídrico dentro de la hoja.
En el estudio, Los investigadores inyectaron AquaDust en varios lugares a lo largo de hojas de maíz de un metro de largo y luego midieron los gradientes de agua tanto a lo largo de las hojas como a través del mesófilo. Estas medidas les permitieron desarrollar un modelo de la respuesta de los tejidos al estrés hídrico y predecir con precisión la dinámica observada en el campo.
Esta tecnología puede tener aplicaciones comerciales para la investigación de cultivos, agricultura de producción, e industrias manufactureras, pero por ahora el enfoque de los investigadores está en las valiosas mediciones de la fisiología local de la gestión del agua en las plantas. Como herramienta de investigación, permite a los biólogos de plantas comprender mejor los extremos del estrés hídrico, lo que podría conducir a la obtención de cultivos más eficientes en el uso de agua.
