В мире современных технологий появился удивительный способ изучения растений, который открывает совершенно новые возможности для сельского хозяйства и биотехнологий. Этот метод позволяет оптимизировать рост культур, повышать их урожайность и устойчивость к различным неблагоприятным факторам, включая болезни и вредителей.
Группа талантливых американских исследователей совершила прорыв в области наблюдения за живыми растениями, разработав инновационный неинвазивный метод изучения сорго. Результаты этого замечательного исследования были представлены научному сообществу в престижном журнале Optica.
Традиционные методы исследования растений часто требовали деструктивного вмешательства — срезания частей растения, введения специальных маркеров или использования интенсивного освещения, которое могло вызывать стресс у растений. Хотя такие методы и позволяли получать детальную информацию, они неизбежно влияли на естественные процессы в растительных тканях.
Инновационная технология квантовой призрачной визуализации (QGI) произвела настоящую революцию в этой области. Она позволяет получать качественные изображения при минимальном освещении и значительно превосходит традиционные методы съемки в сложных спектральных диапазонах. В основе метода лежит уникальное явление спонтанного параметрического двойного рассеяния, создающее пару взаимосвязанных фотонов с различными длинами волн — один в инфракрасном диапазоне, другой в видимом.
Процесс визуализации происходит следующим образом: один фотон (идлер) проходит через растение и взаимодействует с содержащейся в нем водой, после чего регистрируется детектором. Второй фотон (сигнальный) фиксируется отдельным детектором. Анализ данных от обоих детекторов позволяет создать подробное изображение исследуемого объекта.
В ходе экспериментов ученые успешно исследовали различные растения, включая сорго, кинзу и папоротник, используя световой поток невероятно низкой интенсивности — всего три аттоватта на квадратный сантиметр. Благодаря инфракрасному излучению удалось зафиксировать присутствие специфических химических веществ.
Эта передовая методика позволяет изучать растения на одной длине волны, формируя изображение с помощью коррелированных фотонов другой длины волны. Такой подход существенно снижает требования к чувствительности детекторов и интенсивности освещения. Для получения качественных данных оказалось достаточно простого детектора одиночных фотонов.
Достигнутые результаты впечатляют: исследователям удалось получить изображения исключительной четкости и контрастности, при этом полностью сохранив целостность и здоровье исследуемых растений.
Бесконтактная инфракрасная визуализация открывает потрясающие возможности для изучения ключевых процессов в живых растениях. Теперь ученые могут непосредственно наблюдать за фотосинтезом и изменениями содержания воды в растительных тканях.
Внедрение технологии QGI значительно расширяет горизонты биовизуализации при минимальном освещении. Это особенно важно при работе с светочувствительными образцами, когда необходимо избежать повреждения тканей растений определенными видами излучения.
Источник:naked-science.ru
