Neutroner undersøger tomater for at få indsigt i interplant-snak

Planter er snakkesalige væsner. I det sidste årti, forskere har vist, at planter kommunikerer ved hjælp af underjordiske svampenetværk for at udveksle kemisk information. Imidlertid, præcis hvordan den proces fungerer på mikroskopisk niveau er ikke godt forstået.

At besvare dette spørgsmål kan have stor indflydelse på både planteøkologi og landbrug, Derfor bruger professorer Kathryn og Jonathan Morris fra Xavier University neutronspredning ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) til at observere på egen hånd, hvordan disse info-kemikalier bevæger sig langs små, rørlignende netværk kaldet svampehyfer. Hvorvidt meddelelserne bevæger sig passivt langs ydersiden af ​​disse svampenetværk, eller om svampene bevidst lokaliserer og absorberer info-kemikalier til transport, er stadig uklart.

"I bund og grund, info-kemikalier er kemiske forbindelser, som planter frigiver i jorden for at advare hinanden om potentielle trusler og kan endda begrænse væksten af ​​andre planter. Vi forsøger at finde ud af, om disse info-kemikalier flytter den måde, hvorpå vand strømmer i jorden, eller hvis de bevæger sig uafhængigt af den strøm, " sagde Kathryn Morris.

Til dette eksperiment, forskerne skabte et lille apparat, hvor en kaktus og en tomatplante er forankret i den samme jordmatrix, som har et svampenetværk som dem, der forbinder planter i naturen. Ved at fylde den jord med tungt vand og info-kemikalier, og justere mængden af ​​lys, hver plante modtager, forskerne kan kontrollere, hvornår hver organisme drikker, for at observere præcis, hvordan info-kemikalierne og vandet bevæger sig mellem planterne.

Neutronbilleddannelse er ideel til denne type forskning, fordi neutroner er følsomme over for brint, som både planterne og info-kemikalierne indeholder i overflod. I modsætning, jorden indeholder ikke ret meget brint. Det betyder, at info-kemikalierne og planterødderne vises som mørke, klar, og tydelige "skygger" i de radiografiske billeder, forskerne genererer med IMAGING-instrumentet ved ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR).

"Den info-kemiske forbindelse indeholder brint, og det tunge vand, der blev brugt i forsøget, indeholder deuterium-isotopen af ​​brint. Forskellen i isotopindhold er vigtig, fordi neutronerne spredes kraftigt fra brinten og ikke deuterium, " sagde Jonathan Morris. "Det får info-kemikaliet til at skille sig ud som en tydelig skygge i de indsamlede neutronradiologiske billeder, hvorimod det tunge vand ser ud til at være forholdsvis gennemsigtigt. Dette giver os mulighed for nemt at skelne bevægelsen af ​​info-kemikaliet fra det tunge vand og studere dets adfærd."

At forstå præcis, hvordan info-kemikalier bevæger sig mellem planter langs disse svampenetværk, kan have vigtige landbrugsapplikationer. For eksempel, hvis visse svampe kun transporterer info-kemikalier mellem bestemte planter, landmænd kunne drage fordel af disse netværk til taktisk at anvende pesticider, der ville påvirke bestemte plantesystemer, ødelægger uønsket ukrudt uden at beskadige deres afgrøder.

"Dette er virkelig spændende ting. Det, vi lærer her, vil i høj grad påvirke vores forståelse af økologi, " sagde Jonathan Morris.