Phổ Terahertz cho thấy lá cây quản lý nước như thế nào thông qua các lỗ khí khổng

Nguồn: Tạp chí Scientific Reports (2025).

Thực vật hô hấp như thế nào? Khi nào chúng mở và đóng các lỗ khí nhỏ trên lá, và điều này có ý nghĩa gì đối với sự cân bằng nước của chúng? Một nhóm nghiên cứu do giáo sư vật lý Martin Koch tại Marburg dẫn đầu đã phát triển một phương pháp để hình dung quá trình này: Với sự trợ giúp của quang phổ Terahertz, các nhà khoa học có thể quan sát thời điểm thực vật mở hoặc đóng các lỗ khí khổng trên lá. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Scientific Reports.

Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ không khí và giải phóng oxy thông qua các cấu trúc nhỏ ở mặt dưới của lá. Đưới ánh sáng mặt trời, thực vật chuyển đổi CO₂ thành glucose và mất nước. Để ngăn ngừa mất nước, các lỗ khí khổng đóng lại vào ban đêm, hoặc thậm chí vào ban ngày khi hạn hán xảy ra. Khả năng thực vật làm chủ cơ chế cân bằng này tốt như thế nào là rất quan trọng cho sự sống còn của chúng, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Các nhà khoa học tại Đại học Philipps ở Marburg đã chiếu xạ lá cây bằng sóng Terahertz. Sóng Terahertz có thể được coi là ánh sáng bước sóng rất dài hoặc vi sóng tần số rất cao và được nước hấp thụ mạnh. Các nhà nghiên cứu có thể suy ra hàm lượng nước trong lá từ sự suy giảm tín hiệu khi nó đi qua lá. Bằng cách so sánh dữ liệu đo lường với mô hình toán học, họ có thể suy ra thời điểm và mức độ mở khí khổng dựa trên lượng nước mất đi của lá.

Jochen Taiber tại phòng thí nghiệm thực vật của Tập đoàn Marburg Terahertz. Nguồn: Jan Hosan.

Để kiểm tra phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã so sánh các cây Arabidopsis thông thường với các biến thể có khả năng điều chỉnh cân bằng nước kém hơn do một đột biến gen cụ thể. Đột biến này ảnh hưởng đến một con đường truyền tín hiệu cụ thể trong phản ứng với hạn hán của cây.

Jochen Taiber, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: "Sử dụng quang phổ Terahertz, chúng tôi đã có thể chứng minh cách điều chỉnh con đường truyền tín hiệu này ảnh hưởng đến cân bằng nước: Cây có khiếm khuyết di truyền bị khô nhanh hơn vì chúng ít có khả năng thích ứng với việc mở khí khổng với nguồn cung cấp nước sẵn có".

Phương pháp này cho phép nghiên cứu các cơ chế điều hòa và có thể giúp xác định các loại cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với biến đổi khí hậu trong tương lai.

Để có thể sử dụng phương pháp này trong các phòng thí nghiệm khác, nhóm hiện đang nghiên cứu để công nghệ đo lường này trở nên di động và có giá cả phải chăng hơn.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org