“電子紋身”監測植物莖流 發現西瓜更喜夜間生長

記者3月19日從浙江大學獲悉，該校生物系統工程與食品科學學院IBE團隊劉湘江、應義斌，信息與電子工程學院汪小知和農業與生物技術學院胡仲遠，通過將柔性穿戴電子技術應用到植物體表，成功在植物自然生長狀態下，首次持續監測草本植物體內水分的動態傳輸和分配過程，還發現植物果實生長與光合作用不同步的現象，將為作物高產育種及栽培技術研發提供新的思路。相關研究日前刊發於《先進科學》。

植物在蒸騰作用、滲透勢等內外部壓力下莖稈中產生的上升液流被稱為莖流，莖流也是植物水分、養分、信號分子運輸的載體。因此，實現對莖流的長期實時監測可探究植物生長過程水養分分配、信號傳導以及植物對環境的響應機制等奧秘。現有的莖流檢測方法多用大型侵入式探測器，會對植物造成物理傷害，且因儀器體積大而應用不便。長期以來，科學界沒有方法可在自然生長狀態下長期監測植物莖流。

為了解決這一難題，聯合團隊開展了跨學科交叉研究，針對植物莖稈特殊的生理特性，利用芯片級的微納加工工藝，制備了一種植物可穿戴式莖流傳感器。記者看到，這款傳感器薄如蠶翼，厚度僅0.01毫米，重0.24克，如同“紋身”一樣，能貼附在植物莖稈表面進行莖流監測。

科研人員在西瓜莖稈上幾個關鍵位點部署了莖流傳感器，長期無損地觀察了水分在西瓜葉片、果實、莖稈等不同器官上的動態分配情況。通過對莖流數據的分析，研究團隊首次發現了西瓜果實生長與光合作用不同步的現象。

胡仲遠解釋，西瓜果實的組成絕大部份是水（95%左右），然而莖流傳感器測量發現：在白天隻有極少部分水被運輸入果實用於生長（5%），絕大部分水被葉片蒸騰作用消耗掉﹔但是到了夜間，幾乎所有的水分都被運輸到果實，絕對莖流量相對日間增加了10倍。“白天積累的光合產物導致的滲透勢差應該是夜晚莖流激增的主要原因。同時，夜晚沒有蒸騰作用消耗水分，促使大量徑流輸入到西瓜果實，從而實現了果實的重量增加與體積膨大。”

科研團隊表示，水是珍貴的農業資源，基於莖流對西瓜等耐旱作物體內水分運輸和抗旱機理的解析，將為全球干旱地區的農業生產、節水灌溉、抗旱作物選育提供新的理論依據和技術支持。