用于測定植物水勢的新型納米熒光傳感器AquaDust被開發

　　植物性狀精準、快速測定是實現智慧農業的基礎。水勢是植物和細胞水分生理特性的重要指標之一。葉片水勢因受根系吸水能力和林冠蒸騰作用的影響，最能反映整株植物對水分的需求狀況，因此成為表征植物水分脅迫和合理灌溉的重要參考指標。現有方法無法深入到植物組織內部對水勢性狀進行實時、原位、多維度、高通量地精準測定，嚴重制約了該性狀在水分生理、精準灌溉和抗旱育種研究中的應用。

　　近日，武漢理工大學劉唯真博士通過與康奈爾大學、哈佛大學的多個研究團隊進行跨學科合作，開發了一種用于測定植物水勢的新型納米熒光傳感器AquaDust。研究成果以“A minimally disruptive method for measuring water potential in planta using hydrogel nanoreporters”為題，在《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志上在線發表。

　　AquaDust是一種納米級別的水凝膠多聚物，通過與熒光共振能量轉移（FRET）傳感器的結合，在不同的水勢（水分蒸汽壓）條件下，發出不同強度的熒光信號。AquaDust滲入葉片后，聚集在葉肉細胞質外體空間中，因此可直接測定葉片內部微環境的水勢狀況，用于更好地理解植物葉片內部水分動力學的物理和生物學特性。本研究還開發了接觸式和非接觸式兩套熒光信號收集裝置，實現了在時間和空間兩個維度的葉片水勢測定。利用該技術，研究團隊在體測量了不同水分脅迫條件下的玉米葉片，揭示了其從葉尖到葉根的水勢梯度變化，并在大田環境下測定了玉米葉片的全天水勢變化規律。除了玉米之外，目前該技術在咖啡、美洲商陸、番茄、煙草等多種單子葉和雙子葉植物中進行了應用。與傳統水勢測量儀相比，AquaDust可在細胞、器官和群體等多個尺度上測量植物葉片水勢，是未來實現大群體田間植物水勢測定的重要工具，同時也有望拓展應用于植物其他組織的水分動力學研究。

　　該論文由康奈爾大學機械與航天工程系博士生Piyush Jain和武漢理工大學計算機科學與技術學院副教授劉唯真博士為共同第一作者，康奈爾大學化學與生物分子工程系Abraham Stroock教授為通訊作者，康奈爾大學植物遺傳育種系Michael Gore教授、哈佛大學生物與進化生物學系N. Michele Holbrook教授、康奈爾大學土壤與作物科學系Ying Sun教授等人參與了此項研究。