植物也会喝水，科学家首次实时观测到植物喝水

基于吸光率的萝卜和小麦水份成像图

据权威期刊《自然通讯》报道，英国诺丁汉大学科学家首次提出一种方法，该方法可观察植物根如何在细胞水平上吸收和循环水分，这可能有助于确定未来的抗旱和抗洪作物。

由于无法在不损坏标本的情况下监测植物根部内的吸收水分情况，这也成为了阻碍研究人员研究植物细胞和组织中液体水份的运动。

科研团队负责人 Kevin Webb 博士解释说：为了观察活植物的吸水情况而不损害它们，我们应用了一种敏感的、基于激光的光学显微镜技术通过一种非侵入性的技术手段来观察活植物根部内的水分运动，这是以前从未做过的。

从根本上说，植物能够茁壮成长并成为高产作物的过程取决于它吸收水分的能力以及管理该过程的能力。水作为植物组织中营养物质、矿物质和其他生物分子的溶剂，起着至关重要的作用。科研人员开发出一种方法，可以让在单细胞水平上观察植物吸收水分的过程。据此，人们不仅可以看到水在根部内部上升，还可以看到它在何处以及如何流动。

观测植物“喝水”

养活世界不断增长的人口已经是一个问题。 气候变化正在导致地球上瀑布的模式和密度发生巨大变化，从而导致在遭受洪水或干旱袭击的地区种植农作物出现问题。 通过选择更能应对环境变化压力的植物，我们的目标是通过了解和使用在任何给定环境（无论多干或多湿）中具有最佳生存机会的植物品种来提高全球粮食生产力。

• 如何开展研究的呢？

在这项研究中，对拟南芥的根部进行了水运输测量，拟南芥是科学家的“模型植物”，因为它们可以很容易地利用基因技术干扰吸水等基本过程。

使用温和的激光，基于获得诺贝尔奖的拉曼散射技术的成像技术，研究人员能够在细胞水平上测量穿过拟南芥根系的水，并运用数学模型来解释和量化拟南芥根系的水的运输。

在激光器中将高强度绿光转换为生物友好的红光

研究人员使用了“重”水（氧化氘），其中每个氢原子的原子核中都含有一个额外的中子，通过在植物饮用时沿根部扫描一条激光线，可以看到“重”水通过根尖流过。

在经过基因改造以损害其吸水能力的拟南芥中，这些测量结果与数学模型相结合，揭示了根部存在重要的水屏障。这首次证实了水的吸收被限制在根的中央组织内，水管位于其内部。

这项创新技术是植物科学领域真正的游戏规则改变者，它使得全球研究人员首次在活植物组织中以细胞和第二尺度以可视化观察到水的运动。这有望帮助我们解决重要问题，例如植物如何“感知”水的可用性？这对于设计更好地适应我们面临的气候变化和天气模式改变的挑战的未来作物至关重要。

• 未来应用

该研究最初集中在植物细胞上，而植物细胞的大小大约是人类细胞的10 倍，故植物细胞更容易观察。研究团队目前正在将这些相同的方法移植到人体细胞中，以期在更小尺度上研究完全相同的过程。

就像植物一样，人体内也有负责处理水的组织，该功能对人体至关重要。眼睛的透明组织就可能患有液体处理疾病，比如人工晶状体白内障、黄斑变性和青光眼。未来，新的拉曼成像技术可能成为一种有价值的医疗监测和检测工具。

下一步研究？

研究人员正在为流体动力学拉曼成像技术开辟一条商业道路，进一步研究从植物叶子到根部移动的示踪剂，以了解从叶子到根部和从根部到叶子两个方向的水的运输过程。与此同时，该团队正在研究该技术的便携式方法，引导农民和科学家将水运测量带入田间，以监测在具有挑战性的当环境中生长的作物的水处理情况。

该研究团队目前正在与欧盟和英国的合作伙伴竞标欧洲研究委员会协同补助金，以研究植物的吸水性和抗旱性，帮助选择和了解特定作物如何与当地特定的生长环境相匹配。

参考文献：Non-invasive hydrodynamic imaging in plant roots at cellular resolution” by Flavius C. Pascut, Valentin Couvreur, Daniela Dietrich, Nicky Leftley, Guilhem Reyt, Yann Boursiac, Monica Calvo-Polanco, Ilda Casimiro, Christophe Maurel, David E. Salt, Xavier Draye, Darren M. Wells, Malcolm J. Bennett and Kevin F. Webb, 3 August 2021, Nature Communications.