“电子纹身”监测植物茎流 发现西瓜更喜欢在晚上生长

3月19日，记者从浙江大学获悉，浙江大学生物系统工程与食品科学学院团队刘香江、应宜宾、信息与电子工程学院、农业与生物技术学院胡中原等成功将柔性可穿戴电子技术应用于植物表面，首次在植物自然生长状态下连续监测草本植物水分的动态传输与分配过程。还发现植物果实生长与光合作用不同步，这将为作物高产育种和栽培技术研发提供新思路。相关研究最近发表在《先进科学》。

植物在蒸腾和渗透势等内外压力作用下产生的向上流动称为茎流，也是植物水分、养分和信号分子的载体。因此，茎流的长期实时监测可以探索植物生长过程中水分和养分分布、信号传递以及植物对环境响应机制的奥秘。现有的茎流检测方法大多采用大型侵入式检测器，会对植物造成物理损伤，且仪器体积大，使用不便。长期以来，科学界没有办法监测植物在自然生长状态下的茎流。

为了解决这一问题，联合团队针对植物茎秆的特殊生理特性进行了跨学科研究，利用芯片级微纳处理技术制备了一种可穿戴式植物茎秆流量传感器。记者看到，这种传感器薄如蚕翅，厚度仅为0.01 mm，重量为0.24 g，像纹身一样，可以附着在植物茎秆表面进行茎流监测。

研究人员在西瓜茎干上的几个关键位置部署茎流传感器，长时间无损伤观察西瓜叶片、果实、茎干等不同器官水分的动态分布。通过对茎流数据的分析，研究小组首次发现西瓜果实生长与光合作用不同步。

胡中原解释说，西瓜果实的成分多为水(约95%)。而茎流传感器测量显示，白天只有一小部分水分运入果实生长(5%)，大部分水分被叶片蒸腾消耗；但到了晚上，几乎所有的水分都被输送到果实中，绝对茎流比白天增加了10倍。“白天积累的光合产物引起的渗透势差，应该是夜间茎流激增的主要原因。同时，夜间没有蒸腾耗水，促使大量径流输入西瓜果实，从而实现果实增重和体积膨胀。”

研究小组认为，水是一种宝贵的农业资源，基于茎流分析西瓜等抗旱作物的水分运输和抗旱机理，将为世界干旱地区的农业生产、节水灌溉和抗旱作物育种提供新的理论依据和技术支持。