這一突破使科學家能夠實時觀察植物的呼吸

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員現已創建了一個強大的新系統，使這成為可能。他們的研究發表在雜誌上 植物生理學提供了一個名為“Stomata In-Sight”的工具。它克服了植物科學的一個主要障礙，使科學家能夠監測氣孔的精確運動，同時還可以測量葉子在嚴格控制的條件下與大氣交換的氣體量。

為什麼氣孔對作物和水的利用很重要

氣孔（希臘語“嘴”的意思）在世界各地的農業中發揮著核心作用。當這些毛孔打開時，植物就會吸收生長所需的碳。但這個過程也會導致水分流失。由於這種權衡，葉子上的氣孔數量及其打開和關閉的方式直接影響植物利用水的效率。

了解這一過程對於開發可以用更少的水生長並繼續可靠地生產糧食、生物燃料和生物產品的作物至關重要，特別是在面臨乾旱的地區。正如研究小組解釋的那樣，“傳統上，我們必須在觀察氣孔或測量其功能之間做出選擇。”

以前的方法通常依賴於拍攝樹葉的印模（例如拍攝牙齒的模型），僅顯示時間上的凍結時刻。其他方法使用標準顯微鏡，可以透視葉子，但無法控制周圍環境。這種限制很重要，因為氣孔對光、溫度、濕度和二氧化碳水平的變化反應迅速。

生活紙上的窗戶

新的“Stomata In-Sight”系統在一個設置中結合了三項先進技術：

1. 實時共焦顯微鏡
   這種基於激光的成像方法無需切割組織即可生成活植物細胞的清晰 3D 圖像。

2. 葉片氣體交換的測量
   高度敏感的設備可以準確追踪葉子吸收了多少二氧化碳以及釋放了多少水蒸氣。

3. 環境控制
   專用室允許研究人員精確調節光線、溫度、濕度和二氧化碳，以模擬真實世界的生長條件。

通過結合這些工具，科學家可以直接觀察氣孔在環境條件變化時的行為，從而實時了解植物的反應，這在以前是不可能的。

為什麼這一突破很重要？

這種對植物功能的詳細觀察可能會重塑作物的培育方式。通過識別告訴氣孔何時打開或關閉的物理和化學信號，並了解氣孔密度如何影響這種行為，研究人員可以識別與“更聰明”的植物（更有效地利用水的作物）相關的遺傳特徵。

這一點尤其重要，因為水資源的可用性是農業生產的最大環境限制。提高水分利用效率可以幫助作物抵禦日益嚴重的高溫和乾旱脅迫。

該系統由伊利諾伊大學植物生物學系和基因組生物學研究所的 Joseph D. Crawford、Dustin Mayfield Jones、Glenn A. Fried、Nicholas Hernandez 和 Andrew D. B. Leakey 開發。

關於該研究

該研究得到了美國能源部先進生物能源和生物產品創新中心、國家科學基金會和慈善贈款的支持。結果發表在題為“Stomata In-Sight：將實時共焦顯微鏡與葉片氣體交換和環境控制相結合”的公開研究論文中，發表於 植物生理學。