محققان با استفاده از نانوحسگرهای برگشت پذیر GA، افزایش سطح GA درون زا را در گیاهان جهش یافته که مقادیر بیشتری از GA20ox1، آنزیم کلیدی در بیوسنتز GA را تولید می‌کنند، و همچنین کاهش سطوح GA در گیاهان تحت تنش شوری را شناسایی کردند. هنگامی که در معرض استرس شوری قرار گرفتند، محققان همچنین دریافتند که رشد کاهو به شدت متوقف شده است – نشانه ای که تنها پس از 10 روز آشکار شد. در مقابل، نانوحسگرهای GA کاهش سطوح GA را تنها پس از 6 ساعت گزارش کردند که کارایی خود را به عنوان یک شاخص خیلی زودتر از تنش شوری نشان می‌دهد.
تغییرات آب و هوایی، گرم شدن زمین و بالا آمدن سطح آب دریاها باعث می شود خاک کشاورزی توسط آب شور آلوده شود و شوری خاک را افزایش دهد. به نوبه خود، شوری بالای خاک به طور منفی بیوسنتز GA را تنظیم می کند و متابولیسم GA را تقویت می کند و در نتیجه باعث کاهش محتوای GA در گیاهان می شود. نانوحسگرهای جدید توسعه یافته توسط محققان SMART امکان مطالعه دینامیک GA در گیاهان زنده تحت تنش شوری را در مراحل اولیه فراهم می‌کند و به طور بالقوه کشاورزان را قادر می‌سازد تا مداخلات اولیه را در صورت استفاده در مزرعه انجام دهند. این اساس تشخیص استرس در مراحل اولیه را تشکیل می دهد.
این تحقیق که در مقاله ای با عنوان «سنسورهای نانولوله کربنی فلورسنت مادون قرمز نزدیک برای خانواده هورمون گیاهی جیبرلین ها» که در مجله Nano Letters منتشر شده است، شرح داده شده است، این تحقیق نشان دهنده پیشرفتی برای تشخیص استرس در مراحل اولیه است و پتانسیل فوق العاده ای برای پیشرفت بیوتکنولوژی و کشاورزی گیاهی دارد. . این مقاله بر اساس تحقیقات قبلی تیم در SMART DiSTAP بر روی نانوحسگرهای تک جداره مبتنی بر نانولوله کربنی (مبتنی بر SWNT) با استفاده از پلت فرم تشخیص مولکولی فاز تاج (CoPhMoRe) است.
در حال حاضر، روش‌های تشخیص GA3 و GA4 معمولاً به تجزیه و تحلیل مبتنی بر طیف‌سنجی جرمی نیاز دارند که فرآیندی زمان‌بر و مخرب است. در مقابل، حسگرهای جدید توسعه یافته توسط محققان برای GAهای مربوطه بسیار انتخابی هستند و نظارت بر روی تغییرات در سطوح GA در طیف وسیعی از گونه‌های گیاهی را در زمان واقعی ارائه می‌دهند.
طراحی و توسعه نانوحسگرها، ایجاد و اعتبارسنجی فلوئوریمتر Raman/NIR جفت شده و الگوریتم‌های پردازش تصویر/داده مرتبط، و همچنین تجزیه و تحلیل آماری بازخوانی‌ها از حسگرهای گیاهی برای این مطالعه توسط SMART و MIT انجام شد. در حالی که TLL مسئول طراحی، اجرا و تجزیه و تحلیل مطالعات مربوط به گیاه، از جمله اعتبارسنجی نانوحسگرها در گیاهان زنده بود. این تحقیق توسط SMART انجام می شود و توسط NRF تحت برنامه پردیس خود برای تعالی تحقیقات و شرکت فناوری (CREATE) پشتیبانی می شود.
این اولین بار است که نانوحسگرهایی با قابلیت تشخیص و تشخیص جیبرلین ها (GAs)، نوعی هورمون گیاهی که رشد گیاه را تنظیم می کند، در گیاهان زنده ساخته و تایید شده است.
منبع: smart.mit.edu
دکتر Mervin Chun-Yi Ang، دانشیار مدیر علمی DiSTAP و نویسنده اول مقاله، افزود: «بیش از یک پیشرفت ساده در تشخیص تنش گیاه، ما همچنین یک نوآوری سخت افزاری را در قالب یک رامان جفت شده جدید نشان داده ایم. فلوئوریمتر /NIR که خود ارجاع فلورسانس حسگر SWNT را با باند جی رامان امکان پذیر می کند، که نشان دهنده پیشرفت بزرگی در ترجمه مجموعه ابزارهای نانوحسگر ما به میدان است. در آینده نزدیک، حسگرهای ما را می‌توان با وسایل الکترونیکی ارزان قیمت، اپتودهای قابل حمل یا رابط‌های میکروسوزن برای مصارف صنعتی ترکیب کرد و نحوه بررسی و کاهش استرس گیاه در محصولات غذایی را تغییر داد و به طور بالقوه رشد و عملکرد را بهبود بخشید.
بر اساس مفهوم CoPhMoRe که توسط آزمایشگاه Strano در MIT ابداع شد، حسگرهای جدید قادر به تشخیص سینتیک GA در ریشه انواع گونه‌های گیاهی مدل و غیرمدل از جمله Arabidopsis، کاهو و ریحان و همچنین تجمع GA هستند. در طول ظهور ریشه جانبی، اهمیت GA در معماری سیستم ریشه را برجسته می کند. این امر با توسعه مرتبط با فلورسنج جدید Raman/NIR توسط محققین امکان پذیر شد که امکان خودارجاع فلورسانس نانوحسگر NIR را با باند G رامان فراهم می کند، یک نوآوری سخت افزاری جدید که نیاز به یک نانوحسگر مرجع جداگانه را از بین می برد و تا حد زیادی ساده می کند. الزامات ابزار دقیق با استفاده از یک کانال نوری واحد برای اندازه گیری غلظت هورمون.
محققان حسگرهای نانولوله کربنی فلورسنت مادون قرمز نزدیک (NIR) را طراحی کردند که قادر به تشخیص و تشخیص دو هورمون گیاهی، GA3 و GA4 هستند. GA3 و GA4 که متعلق به دسته ای از هورمون های گیاهی به نام جیبرلین ها (GAs) هستند، فیتوهورمون های دی ترپنوئیدی هستند که توسط گیاهان تولید می شوند و نقش مهمی در تعدیل فرآیندهای مختلف درگیر در رشد و نمو گیاه دارند. گمان می رود که GA در نیروهای محرک پشت “انقلاب سبز” در دهه 1960 نقش داشته باشد، که به نوبه خود باعث جلوگیری از قحطی و نجات جان بسیاری در سراسر جهان شد. مطالعه مداوم جیبرلین ها می تواند به پیشرفت های بیشتر در علم کشاورزی منجر شود و پیامدهایی برای امنیت غذایی داشته باشد.
سنسورهای جدید هنوز می توانند کاربردهای صنعتی و موارد استفاده متنوعی داشته باشند. همانطور که محقق اصلی TLL، پروفسور دایسوکه اورانو، دستیار NUS و نویسنده همکار مقاله توضیح دادند، “GAها به تنظیم طیف گسترده ای از فرآیندهای رشد گیاه، از رشد شاخه، ریشه و گل، تا جوانه زنی بذر و تنش گیاه معروف هستند. پاسخ. با تجاری سازی GAs، این هورمون های گیاهی نیز به عنوان تنظیم کننده رشد گیاه به کشاورزان و کشاورزان فروخته می شوند تا رشد گیاه و جوانه زنی بذر را تقویت کنند. نانوحسگرهای GA جدید ما می‌توانند در زمینه پایش تنش گیاهی در مراحل اولیه مورد استفاده قرار گیرند و همچنین توسط کشاورزان و کشاورزان برای ردیابی جذب یا متابولیسم GA در محصولاتشان استفاده شود.
تکنیک CoPhMoRe ما به ما اجازه می‌دهد تا نانوذراتی بسازیم که مانند آنتی‌بادی‌های طبیعی عمل می‌کنند و می‌توانند مولکول‌های خاصی را شناسایی کرده و روی آنها قفل کنند. اما آنها تمایل دارند بسیار پایدارتر از جایگزین ها باشند. ما از این روش برای ایجاد موفقیت آمیز نانوحسگرها برای سیگنال های گیاهی مانند پراکسید هیدروژن و آلاینده های فلزات سنگین مانند آرسنیک در گیاهان و خاک استفاده کرده ایم. همانطور که نشان دادیم، این روش برای ایجاد حسگرهایی برای مولکول‌های آلی مانند اکسین مصنوعی – یک هورمون گیاهی مهم – کار می‌کند. این موفقیت اخیر اکنون این موفقیت را به خانواده‌ای از هورمون‌های گیاهی به نام جیبرلین گسترش می‌دهد – که تشخیص آن بسیار دشوار است. فناوری به دست آمده یک روش سریع، بلادرنگ و in vivo را برای نظارت بر تغییرات سطوح GA در تقریباً هر گیاهی ارائه می‌کند و می‌تواند جایگزین روش‌های سنجش کنونی شود که پرزحمت، مخرب، مختص گونه‌ها و کارآمدتر هستند.»
این راه حل جدید، نظارت بر زمان واقعی و in vivo سطوح GA در گیاهان را فراهم می کند، انحراف از روش های فعلی، که اغلب شامل روش های جمع آوری مخرب است، و راه را برای پیشرفت های بیشتر در پایش تنش گیاه و همچنین کمک به رفع چالش های کلیدی در agricultureمحققان گروه تحقیقاتی میان رشته‌ای (IRG) از فناوری‌های مخرب و پایدار برای دقت کشاورزی (DiSTAP) اتحادیه تحقیقات و فناوری سنگاپور-MIT (SMART)، شرکت تحقیقاتی MIT در سنگاپور و همکارانشان از آزمایشگاه علوم زیستی Temasek (LLT) توسعه داده‌اند. اولین نانوحسگر موجود که می‌تواند جیبرلین‌ها (GAs) را شناسایی و تشخیص دهد، دسته‌ای از هورمون‌ها در گیاهان که برای رشد مهم هستند. نانوحسگرهای جدید برخلاف روش‌های جمع‌آوری مرسوم غیرمخرب هستند و با موفقیت در گیاهان زنده آزمایش شده‌اند. این حسگرها که در زمینه نظارت بر تنش گیاهی در مراحل اولیه اعمال می‌شوند، می‌توانند برای کشاورزی و بیوتکنولوژی گیاهی متحول‌کننده باشند و به کشاورزان علاقه‌مند به کشاورزی دقیق با فناوری پیشرفته و مدیریت محصول ابزار ارزشمندی برای بهینه‌سازی عملکرد بدهند.
نانوحسگرها را می توان به ریشه گیاهان زنده مختلف نفوذ کرد تا دینامیک سیگنال دهی جیبرلین گیاه را هنگام تجربه تنش های محیطی ارزیابی کند، که می تواند بر رشد و سلامت گیاه تأثیر منفی بگذارد.