Ученые разработали метод наблюдения за «дыханием» растений с помощью терагерцовой спектроскопии

Исследовательская группа под руководством физика из Марбургского университета профессора Мартина Коха разработала метод, позволяющий визуализировать процесс «дыхания» растений. С помощью терагерцовой спектроскопии ученые могут наблюдать, когда растения открывают или закрывают свои устьица — крошечные поры на листьях. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Растения поглощают углекислый газ из воздуха и выделяют кислород через небольшие структуры на нижней стороне своих листьев. Под воздействием солнечного света растение преобразует CO₂ в глюкозу и при этом теряет воду. Чтобы предотвратить обезвоживание, крошечные отверстия закрываются ночью или даже днем, когда преобладает стресс от засухи. То, насколько хорошо растения справляются с этим балансированием, имеет решающее значение для их выживания, особенно в условиях изменения климата.

Ученые Марбургского университета облучали листья растений терагерцовыми волнами. Терагерцовые волны можно рассматривать как очень длинноволновый свет или очень высокочастотные микроволны, и они сильно поглощаются водой. Исследователи могут определить содержание воды в листьях по ослаблению сигнала при его прохождении через лист. Сравнивая данные измерений с математической моделью, они могут определить, когда и насколько широко открыты устьица, на основе потери воды листьями.

Чтобы проверить метод, исследователи сравнили обычные растения арабидопсиса с вариантами, которые менее способны регулировать свой водный баланс из-за специфической генной мутации. Мутация затрагивает определенный сигнальный путь в реакции растения на стресс засухи.

«С помощью терагерцовой спектроскопии мы смогли показать, как манипуляция этим сигнальным путем влияет на водный баланс: растения с генетическими дефектами высыхают быстрее, потому что они менее способны адаптировать открытие своих устьиц к доступному водоснабжению», — объясняет Йохен Тайбер, ведущий автор исследования.

Метод позволяет исследовать регуляторные механизмы и в будущем может помочь идентифицировать сельскохозяйственные культуры, более устойчивые к изменению климата.

Чтобы метод можно было использовать в других лабораториях, группа в настоящее время работает над тем, чтобы сделать эту измерительную технологию портативной и более доступной по цене.

Дополнительная информация: Йохен Тайбер и др., Динамика закрытия устьиц Arabidopsis thaliana, определенная с помощью терагерцовой спектроскопии и модели транспорта воды, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-20219-y

ИИ: В 2025 году подобные исследования становятся особенно актуальными в контексте адаптации сельского хозяйства к меняющемуся климату. Новая методика может ускорить селекцию засухоустойчивых культур, что крайне важно для продовольственной безопасности.