در چشم‌اندازهای وسیع و خشک که منابع آبی کمیاب هستند، تنها مقاوم‌ترین گیاهان قادر به بقا هستند. در میان این گیاهان، آگاو نه تنها به دلیل نقش خود در تولید نوشیدنی‌هایی مانند تکیلا شناخته شده است، بلکه به دلیل توانایی خارق‌العاده‌اش در ذخیره و حفظ آب نیز مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.
دانشمندان برای مدت‌ها نحوه‌ی سازگاری گیاهان بیابانی با شرایط سخت محیطی را مطالعه کرده‌اند. اکنون، یک پژوهش جدید با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته، اطلاعات عمیق‌تری درباره‌ی مکانیسم‌های بقای آگاو ارائه داده است.
محققان از فناوری‌های تصویربرداری خاصی برای مشاهده‌ی نحوه‌ی ذخیره‌سازی و استفاده‌ی گیاهان آگاو از آب استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که این گیاه نه تنها در سطح برگ، بلکه در مقیاس مولکولی نیز قادر به حفظ رطوبت است. این کشف میتواند به توسعه‌ی محصولات زراعی کمک کند که به آب کمتری نیاز دارند و همچنین میتواند راهکارهایی برای افزایش ماندگاری مواد غذایی فرآوری‌شده ارائه دهد.
نتایج این تحقیق نه تنها انعطاف‌پذیری شگفت‌انگیز گیاهان آگاو را نشان می‌دهد، بلکه به راهکارهای بالقوه‌ای برای امنیت غذایی جهانی در مواجهه با تغییرات اقلیمی اشاره دارد.
بررسی سطح آب در گیاه آگاو
دانشمندان از طیف‌سنجی تراهرتز، یک روش غیرتهاجمی که در محدوده‌ی بین امواج مایکروویو و مادون قرمز میانی قرار دارد، برای تحلیل سطح آب در گیاهان آگاو استفاده کردند.
این روش به محققان اجازه می‌دهد تا توزیع آب را در بافت‌های گیاهی نقشه‌برداری کنند و نقش فروکتان‌ها (نوعی قند) را در حفظ رطوبت در سطح مولکولی بررسی کنند.
مونیکا اورتیز-مارتینز از مرکز تحقیقات اپتیک (CIO) در مکزیک در این رابطه توضیح می‌دهد:
“درک چگونگی سازگاری گیاهان با شرایط خشک میتواند به بهبود روش‌های کشاورزی منجر شود و به توسعه‌ی محصولاتی کمک کند که نیاز کمتری به آب دارند. این امر میتواند منجر به افزایش تولید محصولات کشاورزی با مصرف آب کمتر شود که در نهایت به نفع کشاورزان، تولید مواد غذایی و امنیت غذایی جهانی خواهد بود.”
روش‌های نوین برای اندازه‌گیری سطح آب در گیاهان
امواج تراهرتز که در محدوده‌ی بین امواج مایکروویو و مادون قرمز قرار دارند، تعاملات خاصی با مولکول‌های آب دارند.
از آنجا که آب به شدت تابش تراهرتز را جذب می‌کند، محققان از این ویژگی برای اندازه‌گیری سطح آب در بافت‌های آگاو استفاده کردند. این تکنیک به آن‌ها اجازه داد تا توزیع آب را به‌طور دقیق مشاهده کرده و عملکرد فروکتان‌ها را در سطح مولکولی مورد بررسی قرار دهند.
مطالعه‌ای که در مجله‌ی اپتیک کاربردی (Applied Optics) منتشر شده است، نشان می‌دهد که طیف‌سنجی تراهرتز یک ابزار غیرتهاجمی برای تجزیه و تحلیل گیاهان است.
محققان دریافتند که گیاهان آگاو با ذخیره‌ی آب در ساختارهای خاصی در برگ‌های خود قادر به زنده ماندن در شرایط سخت هستند. علاوه بر این، فروکتان‌ها مانند اسفنج‌های مولکولی عمل کرده و از دست دادن رطوبت را به حداقل می‌رسانند.
انریکه کاسترو-کاموس از CIO در این باره می‌گوید:
“در صنعت مواد غذایی، یافته‌های ما درباره‌ی فروکتان‌های آگاو و توانایی فوق‌العاده‌ی آن‌ها در حفظ آب میتواند به توسعه‌ی ترکیبات غذایی جدیدی منجر شود که موجب حفظ رطوبت، بهبود بافت و افزایش ماندگاری مواد غذایی، به‌ویژه در محصولات خشک یا فرآوری‌شده می‌شوند. این موضوع میتواند به تولید محصولات غذایی سالم‌تر و با عمر مفید طولانی‌تر و همچنین با نیاز کمتر به مواد نگهدارنده‌ی مصنوعی کمک کند.”
تلاقی زیست‌شناسی و علوم غذایی
این پژوهش در ابتدا به عنوان همکاری بین گروه علوم تراهرتز کاربردی در CIO و جون سیمپسون از مرکز تحقیقات پیشرفته (CINVESTAV) آغاز شد. تمرکز اصلی این مطالعه، بررسی توزیع آب در برگ‌های آگاو و نقش فروکتان‌ها در هیدراتاسیون بود.
هم‌زمان، پژوهشگران CIO با سوکورو ویلانوا از مرکز تحقیقات و کمک‌رسانی در فناوری و طراحی ایالت خالیسکو (CIATEJ) همکاری کردند تا بررسی کنند که چگونه فروکتان‌ها از آسیب دیدن مواد غذایی یخ‌زده جلوگیری می‌کنند.
این پروژه‌ها در نهایت با هم ادغام شدند تا درک جامع‌تری از مکانیسم‌های بقای آگاو ارائه شود.
در آزمایش‌ها، محققان از یک طیف‌سنج تراهرتز با لیزر فیبر نوری فمتوثانیه‌ای و وضوح پیکسلی زیر میلی‌متری استفاده کردند.
برگ‌های نازک‌شده‌ی آگاو بین فرستنده و گیرنده‌ی تراهرتز قرار داده شدند تا از طریق اندازه‌گیری میزان جذب آب، نقشه‌ی آبرسانی گیاه تهیه شود. سپس، طیف‌سنج برای تجزیه و تحلیل دقیق‌تر محلول‌های فروکتان تنظیم شد.
اورتیز-مارتینز در این خصوص بیان می‌کند:
“پژوهش ما چندین نوآوری کلیدی را در مطالعه‌ی هیدراتاسیون گیاهان با استفاده از فناوری تراهرتز معرفی کرده است. یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها، تشخیص غیرتهاجمی آب است. برخلاف روش‌های سنتی که نیاز به بریدن، خشک کردن و توزین نمونه‌های گیاهی دارند، تصویربرداری تراهرتز امکان تحلیل لحظه‌ای سطح هیدراتاسیون را بدون آسیب رساندن به گیاه فراهم می‌کند.”
چگونه گیاهان آگاو آب را حفظ می‌کنند؟
نتایج مطالعه نشان داد که برگ‌های آگاو دارای یک سیستم منحصربه‌فرد برای ذخیره‌ی آب هستند. هسته‌ی داخلی این برگ‌ها مرطوب باقی می‌ماند، در حالی که لایه‌ی خارجی مانند یک سد عمل می‌کند تا از تبخیر آب جلوگیری کند.
فروکتان‌ها در این فرآیند نقش حیاتی دارند. این ترکیبات ساختارهای متخلخلی را تشکیل می‌دهند که مولکول‌های آب را به دام انداخته و حفظ می‌کنند. توانایی نگهداری آب در فروکتان‌ها از سایر انواع قندها قوی‌تر است و همین موضوع بقای آگاو را در شرایط خشکسالی ممکن می‌سازد.
با ترکیب ذخیره‌سازی آب در سطح بافتی و حفظ آن در سطح مولکولی، آگاو به یکی از مقاوم‌ترین گیاهان در برابر خشکسالی تبدیل شده است. این یافته‌ها می‌توانند تأثیرات قابل‌توجهی بر کشت محصولات زراعی در مناطق کم‌آب داشته باشند.
گسترش روش‌های نظارت غیرتهاجمی بر گیاهان
محققان اکنون قصد دارند کاربرد طیف‌سنجی تراهرتز را در مطالعه‌ی مکانیسم‌های مقاومت به خشکی در گیاه آگاو و سایر گونه‌های گیاهی گسترش دهند. هدف این است که چگونگی مدیریت آب در محصولات زراعی مختلف، به‌ویژه آن‌هایی که برای امنیت غذایی ضروری هستند، بهتر درک شود.
تحولات آینده ممکن است به توسعه‌ی یک سیستم تراهرتز قابل حمل برای استفاده در مزارع و گلخانه‌ها منجر شود. همچنین، الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند این فناوری را تقویت کرده و امکان تحلیل تصاویر تراهرتز را به‌صورت آنی فراهم کنند. این امر تشخیص تنش خشکی را قبل از ظاهر شدن نشانه‌های قابل مشاهده ممکن می‌سازد.
این پژوهش بر اهمیت همکاری میان متخصصان در حوزه‌های اپتیک، فیزیولوژی گیاه و علوم غذایی تأکید دارد. محققان بر این باورند که یکپارچه‌سازی این علوم میتواند به کاربردهای عملی در کشاورزی و تولید مواد غذایی منجر شود.
کاسترو-کاموس در پایان بیان می‌کند:
“با پیشرفت روش‌های غیرتهاجمی پایش گیاهان، پژوهش ما پایه‌ای برای روش‌های کشاورزی هوشمندتر و پایدارتر ایجاد می‌کند که در نهایت هم به نفع کشاورزان و مصرف‌کنندگان خواهد بود و هم به حفظ منابع طبیعی برای نسل‌های آینده کمک خواهد کرد.”
بیشتر بدانیم: نیمی از گونه‌های هلیكونیا در جهان در معرض خطر انقراض هستند
لینک منبع: earth
نظرات کاربران