طور باحثون في جامعة إلينوي أوربانا-شامبين نظامًا جديدًا يُدعى Stomata In-Sight يسمح للعلماء بمراقبة حركات فتحات النباتات (الاستوماتا) أثناء قياس تبادل الغازات تحت ظروف خاضعة للرقابة. هذا الاختراق، المنشور في Plant Physiology، قد يؤدي إلى محاصيل تستخدم الماء بكفاءة أعلى وتقاوم الجفاف بشكل أفضل. تجمع الأداة بين التصوير المتقدم والضوابط البيئية لتقديم رؤى في الوقت الفعلي حول فسيولوجيا النبات.
تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال مسام صغيرة في الأوراق تُعرف بالاستوماتا للتمثيل الضوئي، لكن هذه العملية تؤدي أيضًا إلى فقدان الماء. تحقيق التوازن في هذا التبادل أمر حاسم للزراعة، خاصة مع تزايد تحديات الجفاف. حتى وقت قريب، كان العلماء يواجهون صعوبة في مراقبة سلوك الاستوماتا وتبادل الغازات في وقت واحد في النباتات الحية. يعالج نظام Stomata In-Sight الجديد هذه الفجوة. طوره فريق من قسم بيولوجيا النبات ومعهد بيولوجيا الجينوم في جامعة إلينوي أوربانا-شامبين، ويدمج ثلاث تقنيات رئيسية. توفر المجهر الضوئي الاعترافي الحي صورًا ثلاثية الأبعاد حادة للاستوماتا دون إتلاف الأنسجة. تقيس الأجهزة الحساسة امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاق بخار الماء بدقة. تتحكم غرفة متخصصة في مستويات الضوء والحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون لمحاكاة الظروف الواقعية. كما قال أحد الباحثين: «تقليديًا، كنا مضطرين للاختيار بين رؤية الاستوماتا أو قياس وظيفتها». كانت الطرق السابقة، مثل بصمات الأوراق، تلتقط لقطات ثابتة فقط، بينما افتقرت المجاهر القياسية إلى التحكم البيئي. تستجيب الاستوماتا بسرعة للتغييرات في محيطها، مما يجعل المراقبة الديناميكية أساسية. تمكن هذه الابتكار من دراسة مباشرة لكيفية فتح وإغلاق الاستوماتا استجابة للإشارات البيئية، كاشفًا روابط بين كثافة الاستوماتا وكفاءة استخدام الماء. يمكن لهذه الرؤى توجيه تهجين محاصيل تنتج المزيد من الغذاء والوقود الحيوي والمنتجات الحيوية بماء أقل، معالجة ندرة الماء كأكبر قيد على الزراعة. ظهر الدراسة بعنوان «Stomata In-Sight: Integrating Live Confocal Microscopy with Leaf Gas Exchange and Environmental Control» في Plant Physiology في 2025 (المجلد 199، العدد 4). دعمها مركز الطاقة الحيوية المتقدمة وابتكار المنتجات الحيوية في وزارة الطاقة الأمريكية، والمؤسسة الوطنية للعلوم، وهبة خيرية. يشمل الفريق Joseph D. Crawford، Dustin Mayfield-Jones، Glenn A. Fried، Nicolas Hernandez، وAndrew D.B. Leakey.
