Переносной оптический сканер выявляет скрытые повреждения озоном на листьях растений

Воздействие загрязнения на растения

Растущее загрязнение окружающей среды, включая воду и почву, становится серьёзной угрозой для роста растений и их общего состояния. Растения подвергаются воздействию загрязнителей окружающей среды в течение длительного времени, что приводит к изменениям в их цвете, текстуре и внутренней структуре.

Влияние озона на растения

Среди загрязнителей окружающей среды особенно высока концентрация озона в городских и промышленных районах. Известно, что озон подавляет рост растений и снижает урожайность сельскохозяйственных культур.

Традиционные методы оценки включают визуальный осмотр, микроскопические исследования и дистанционное зондирование. Однако эти методы требуют инвазивного анализа и могут не обеспечивать точных количественных измерений или долгосрочного мониторинга внутренних изменений.

Новое решение

Для преодоления этих проблем международная группа исследователей разработала переносной оптический когерентный томограф (ОКТ), который позволяет проводить неинвазивную, неразрушающую, бесконтактную и количественную оценку внутренних структур растений.

Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Исследование проводилось доцентом Тацуо Шииной и доктором Хаяте Гото из Высшей школы естественных и инженерных наук Университета Чиба, Япония; младшим преподавателем Хумаром Кадодоном из Университета Филиппин, Висайи, Филиппины; а также профессорами Марией Сесилия Гальвес и Эдгаром Валларом из Университета Де Ла Салье, Манила, Филиппины.

Как работает ОКТ

Доктор Шиина говорит: «Используя ОКТ, можно неинвазивно количественно оценить внутреннюю структуру растения слой за слоем, чтобы выявить области, пострадавшие от внешней среды. Поскольку стрессовые реакции у растений появляются сначала внутри, ОКТ может помочь понять экологические стрессы, вызывающие внутренние изменения в растениях».

Исследователи провели измерения ОКТ на листьях белого клевера (Trifolium repens), индикаторного растения, высокочувствительного к загрязнителям окружающей среды. При высоких концентрациях озон проникает в листья через устьица (поры на поверхности листа) и разрушает палисадную ткань (внутренний слой клеток), изменяя её оптические свойства.

Результаты исследования

Эксперименты показали, что воздействие озона ослабляет рассеяние света в палисадном слое, что указывает на структурные нарушения и повреждение клеточных стенок и межклеточных границ. Исследователи также отметили постепенное увеличение толщины палисадной ткани, что согласуется с наблюдаемым снижением интенсивности сигнала ОКТ и структурными повреждениями, вызванными озоном.

Применение ОКТ в сельском хозяйстве

Учёные установили базовый уровень воздействия озона, а затем взяли образцы индикаторных растений из четырёх разных регионов префектуры Чиба, Япония, с различной концентрацией озона. Они отметили схожую тенденцию в параметрах ОКТ у взятых листьев, что позволяет предположить, что внутренние структурные характеристики листьев отражают уровень воздействия озона.

Таким образом, ОКТ может обеспечить более точную оценку воздействия озона, исключая стресс, вызванный срезанием стеблей и транспортировкой.

В целом, результаты демонстрируют возможность использования ОКТ для оценки экологического стресса у растений, особенно на клеточном уровне до появления симптомов. Кроме того, ОКТ-сканирование предлагает неинвазивную, более быструю и простую альтернативу традиционным методам, которые требуют химической фиксации и окрашивания, позволяя оценивать одни и те же живые листья в течение более длительного периода.

Своевременная оценка с помощью переносного ОКТ-сканирования может улучшить мониторинг заболеваний и облегчить раннее выявление дефицитов или изменений, вызванных стрессом, что позволит своевременно принять меры для минимизации потерь. Дополнительные исследования могут помочь подтвердить его эффективность в различных условиях окружающей среды, таких как влажность, температура и интенсивность освещения.

Доктор Шиина заключает: «Продолжение исследований в этом направлении может расширить возможности использования ОКТ для оптимизации условий выращивания сельскохозяйственных культур и повышения их продуктивности. Способность оценивать атмосферные и почвенные условия на месте с помощью одного измерения ОКТ представляет собой многообещающий подход к совершенствованию управления сельскохозяйственными культурами и мониторинга окружающей среды».

Предоставлено Университетом Чиба

Источник