記者3月19日從浙江大學獲悉，該校生物系統(tǒng)工程與食品科學學院IBE團隊劉湘江、應(yīng)義斌，信息與電子工程學院汪小知和農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院胡仲遠，通過將柔性穿戴電子技術(shù)應(yīng)用到植物體表，成功在植物自然生長狀態(tài)下，首次持續(xù)監(jiān)測草本植物體內(nèi)水分的動態(tài)傳輸和分配過程，還發(fā)現(xiàn)植物果實生長與光合作用不同步的現(xiàn)象，將為作物高產(chǎn)育種及栽培技術(shù)研發(fā)提供新的思路。相關(guān)研究日前刊發(fā)于《先進科學》。
植物在蒸騰作用、滲透勢等內(nèi)外部壓力下莖稈中產(chǎn)生的上升液流被稱為莖流，莖流也是植物水分、養(yǎng)分、信號分子運輸?shù)妮d體。因此，實現(xiàn)對莖流的長期實時監(jiān)測可探究植物生長過程水養(yǎng)分分配、信號傳導以及植物對環(huán)境的響應(yīng)機制等奧秘?，F(xiàn)有的莖流檢測方法多用大型侵入式探測器，會對植物造成物理傷害，且因儀器體積大而應(yīng)用不便。長期以來，科學界沒有方法可在自然生長狀態(tài)下長期監(jiān)測植物莖流。
為了解決這一難題，聯(lián)合團隊開展了跨學科交叉研究，針對植物莖稈特殊的生理特性，利用芯片級的微納加工工藝，制備了一種植物可穿戴式莖流傳感器。記者看到，這款傳感器薄如蠶翼，厚度僅0.01毫米，重0.24克，如同“紋身”一樣，能貼附在植物莖稈表面進行莖流監(jiān)測。
科研人員在西瓜莖稈上幾個關(guān)鍵位點部署了莖流傳感器，長期無損地觀察了水分在西瓜葉片、果實、莖稈等不同器官上的動態(tài)分配情況。通過對莖流數(shù)據(jù)的分析，研究團隊首次發(fā)現(xiàn)了西瓜果實生長與光合作用不同步的現(xiàn)象。
胡仲遠解釋，西瓜果實的組成絕大部份是水（95%左右），然而莖流傳感器測量發(fā)現(xiàn)：在白天只有極少部分水被運輸入果實用于生長（5%），絕大部分水被葉片蒸騰作用消耗掉；但是到了夜間，幾乎所有的水分都被運輸?shù)焦麑崳^對莖流量相對日間增加了10倍。“白天積累的光合產(chǎn)物導致的滲透勢差應(yīng)該是夜晚莖流激增的主要原因。同時，夜晚沒有蒸騰作用消耗水分，促使大量徑流輸入到西瓜果實，從而實現(xiàn)了果實的重量增加與體積膨大。”
科研團隊表示，水是珍貴的農(nóng)業(yè)資源，基于莖流對西瓜等耐旱作物體內(nèi)水分運輸和抗旱機理的解析，將為全球干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、節(jié)水灌溉、抗旱作物選育提供新的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
