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【学院动态】我校计算机科学与技术学院刘唯真副教授在植物表型组仪器研发研究中取得新进展

发布时间:2021-06-02     字体:[增加 减小]

  植物性状精准、快速测定是实现智慧农业的基础。水势是植物和细胞水分生理特性的重要指标之一。叶片水势因受根系吸水能力和林冠蒸腾作用的影响,最能反映整株植物对水分的需求状况,因此成为表征植物水分胁迫和合理灌溉的重要参考指标。现有方法无法深入到植物组织内部对水势性状进行实时、原位、多维度、高通量地精准测定,严重制约了该性状在水分生理、精准灌溉和抗旱育种研究中的应用。 

  近日,我校计算机科学与技术学院刘唯真副教授通过与康奈尔大学、哈佛大学的多个研究团队进行跨学科合作,开发了一种用于测定植物水势的新型纳米荧光传感器AquaDust。研究成果以“A minimally disruptive method for measuring water potential in planta using hydrogel nanoreporters”为题,在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上在线发表。论文链接: https://www.pnas.org/content/118/23/e2008276118 

  AquaDust是一种纳米级别的水凝胶多聚物,通过与荧光共振能量转移(FRET)传感器的结合,在不同的水势(水分蒸汽压)条件下,发出不同强度的荧光信号。AquaDust渗入叶片后,聚集在叶肉细胞质外体空间中,因此可直接测定叶片内部微环境的水势状况,用于更好地理解植物叶片内部水分动力学的物理和生物学特性。本研究还开发了接触式和非接触式两套荧光信号收集装置,实现了在时间和空间两个维度的叶片水势测定。利用该技术,研究团队在体测量了不同水分胁迫条件下的玉米叶片,揭示了其从叶尖到叶根的水势梯度变化,并在大田环境下测定了玉米叶片的全天水势变化规律。除了玉米之外,目前该技术在咖啡、美洲商陆、番茄、烟草等多种单子叶和双子叶植物中进行了应用。与传统水势测量仪相比,AquaDust可在细胞、器官和群体等多个尺度上测量植物叶片水势,是未来实现大群体田间植物水势测定的重要工具,同时也有望拓展应用于植物其他组织的水分动力学研究。 

  该论文由康奈尔大学机械与航天工程系博士生Piyush Jain和武汉理工大学计算机科学与技术学院副教授刘唯真博士为共同第一作者,康奈尔大学化学与生物分子工程系Abraham Stroock教授为通讯作者,康奈尔大学植物遗传育种系Michael Gore教授、哈佛大学生物与进化生物学系N. Michele Holbrook教授、康奈尔大学土壤与作物科学系Ying Sun教授等人参与了此项研究。