مقدمه
علم کشاورزی بر این موضوع تمرکز دارد که رشد گیاهان با ماکزیموم پتانسیل خود صورت بگیرد و تا حد امکان سعی میکند تا عواملی که در رشد گیاهان تاثیرگذار ولی قابل کنترل هستند را بررسی کند. همان طور که اشاره کردیم نظارت بر نحوه تأثیر عوامل محیطی بر رشد گیاهان برای جامعه کشاورزی بسیار مهم است. اما این همه ماجرا نیست. متخصصان به دنبال این هستند تا بتوانند از روشهایی استفاده کنند که به صورت آنی و غیر مخرب برای تشخیص تنشهای محیطی به آنها جواب بدهد.
میدانید که طیف سنجی رامان امکان آنالیز آنلاین و غیرمخرب را به شما میدهد. مقالهها حاکی از آن هستند که این روش طیف سنجی در فنوتیپ سازی گیاهان هم مفید است. شما طیف های رامان را میتوانید با میکرو طیف سنج رامان شناسایی کنید. تغییراتی که در طیف رامان به وجود میآید میتواند ناشی از تغییراتی باشد که در ترکیبات رنگدانه های گیاه صورت میگیرد. همچنین این تغییرات میتواند با تغییر در میزان شوری، خشکی، سرما و اشباع نور مرتبط باشد. تنش محیطی یک مشکل مهم در کشاورزی است. متخصصان به دنبال روشهایی برای ارزیابی غیر تهاجمی این تنش محیطی در همه مقیاسها (از یک تک برگ تا کل مزرعه) بودهاند.
نحوه پاسخ گیاهان به تنش های غیر زیستی
گیاهان به تنش های غیر زیستی که برای آنها به وجود میآید، پاسخ میدهند. این پاسخ میتواند تغییرات پیچیدهای را شامل شود. مثلا حذف گونههای فعال اکسیژن در پاسخ به این تغییرات است. این پاکسازی تا حدی توسط رنگدانه های آنتوسیانین و کاروتنوئید که آنتی اکسیدان های قویای هستند، انجام می شود. بیوسنتز آنتوسیانین معمولا زمانی در لایه بالایی برگ به وجود میآید که نور بیش از حد و یا دیگر تنش های غیر زیستی برای آن به وجود آمده است.
اما خبر خوش برای متخصصان این حوزه این است که طیف سنجی رامان این تغییراتی که در گیاه به وجود آمده است را قبل از این که ظاهر گیاه تحت تاثیر قرار بگیرد، تشخیص میدهد.
شناسایی رنگ دانه های گیاه با طیف سنجی رامان
در تحقیقات مشخص شده است که گیاهان در اثر این تنش های غیر زیستی تغییرات خود را طی ۴۸ ساعت نشان میدهند. این تغییرات را به راحتی میتوانید با میکرو طیف سنج های رامان و یا رامان پرتابل مشاهده کنید. طیف آنتوسیانین از (cm-۱) ۷۵۰-۵۵۰ و طیف کاروتنوئیدها از (cm-۱) ۹۰۰-۱۲۰۰ سانتی متر اینورس بررسی و کنترل میشود. این ویژگیها را میتوانید از پیوندهای گلیکوزیدی آنتوسیانین به دست آورید.
تغییرات طیفی رامان که مرتبط با بتا کاروتن است در عرض ۴۸ ساعت مشاهده میشود. احتمالا برای شما هم جالب باشد تا بدانید که بتا کاروتن در حضور اکسیژن به سرعت به ẞ-cyclocitral تبدیل میشود. از همین سیگنال میتوانید برای شناسایی استفاده کنید.
علاوه بر طیف رامان رنگ دانه های آنتوسیانین و کاروتنوئید میتوانید به راحتی طیف رامان کلروفیل را هم مشاهده کنید. طیف کلروفیل را در ادامه مطلب برای شما قرار خواهیم داد. اگر بخواهیم از عوامل دیگر صرف نظر کنیم، خشکی باعث از بین رفتن کلروفیل میشود. این کمبود بیشتر خودش را در برگ ها نشان میدهد. در واقع برگ ها بیشتر از سایر قسمتها در معرض کم آبی قرار میگیرند.
نقش طیف سنج رامان در اندازه گیری رنگدانه های گیاهان
شما میتوانید از میکروسکوپ رامان ۷۸۵ تکرام و یا میکروسکوپ رامان SRM 785 استفاده کنید. اما با این دستگاهها نمیتوانید آنالیزها را به صورت آنلاین انجام دهید. اگر نیاز دارید تا از دستگاهی استفاده کنید که بتواند هنگامی که گیاه در حال رشد است، آنالیز خود را انجام دهید؛ باید از رامان پرتابل ۷۸۵ نانومتر استفاده کنید. همان طور که از نام این دستگاهها مشخص است، طول موج تحریک برای این دستگاهها ۷۸۵ نانومتر است. به طور مثال از این دستگاه میتوانید برای اندازه گیری طیفی برگ های یک گیاه آپارتمانی به نام Philodendron hederaceum استفاده کنید. تصویر آن را میتوانید در زیر مشاهده کنید.
به راحتی متوجه خواهید شد که بعضی از قسمتهای برگ ها میزان سبزی تیرهتری از بقیه دارند. این ها نشانه این هستند که این قسمتها کلروفیل کمتری دارند.
این موضوع برای شما دور از ذهن نیست که قرار گرفتن گیاه در معرض تنشهای غیر زیستی باعث میشود تا میزان کلروفیل موجود در گیاه کاهش پیدا کند. بروز همین موارد میتواند در ایجاد و جلوگیری از شرایط محیطی نامطلوب مفید باشد.
در این مثال به خصوص برگ های گیاه با طیف سنجی رامان آنالیز شدند. در آزمایش باید به این موضوع توجه کنید که فاصله گیاه و لیزر مناسب باشد تا موجب آسیب رساندن به آن نشود. علاوه بر آن به توان لیرز هم توجه داشته باشید.
اگر بخواهید دو ناحیه اصلی برگ گیاه را آنالیز کنید، به توانی حدود ۱۰۰ مگا وات نیاز دارید. اما به شما پیشنهاد میکنیم تا حتما برای جلوگیری از آسیب رساندن به گیاه از توان پایین شروع کرده و به تدریج آن را افزایش دهید. برای جمع آوری طیف به چند ثانیه زمان نیاز دارید. این موارد را میتوانید با R&D هم به دست آورید. شما میتوانید Baseline طیف را با توابع مناسب حذف کنید. اگر در رابطه با حذف baseline اطلاعاتی ندارید، میتوانید ویدئو آن را در زیر مشاهده کنید.
دو ناحیه که مورد آنالیز قرار گرفته است در شکل زیر قابل مشاهده است. این عکس نماینده این است که طیف های روشنترین قسمتهای برگ با قسمتهای سبز تیره مقایسه شده است.
طیف هر دو ناحیه سبز روشن و تیره در شکل زیر به نمایش گذاشته شده است. مواردی که با فلش مشخص شده است، نماینده ارتعاشات مولکولی کلروفیل است. این پیک ها در (cm-۱) ۱۳۵۰ ،۱۲۹۲ و ۱۵۵۴ مشخص شده است. باقی پیک ها میتواند نماینده حضور lignin و ساختارهای glycosidic COC باشد.
جمع بندی
احتمالا برای شما واضح است که ناحیههای با رنگ سبز روشن کلروفیل کمتری نسبت به سبز تیره دارند. این نتیجه واضح است اما همین موضوع نشان دهنده این است که شما میتوانید از روشهای سنتی فاصله گرفته و به دستگاه ها اعتماد کنید. تکنولوژی میتواند پیشرفت شما را فراهم کند. اگر در رابطه با این مفاهیم سوالی دارید حتما با کارشناسان شرکت تکسان در ارتباط باشید. حالا که نتایج، اعتماد شما را بالا برده است؛ باید بیان کنیم که دستگاه های رامان نمونه را سریع و بدون مخرب آنالیز میکنند. علاوه بر آن شما میتوانید گیاه را در حالی که ریشه در خاک دارد، آنالیز کنید. نکته قابل توجه این بود که قبل از این که تغییرات در گیاه نشان داده شود، با رامان قابل آنالیز است. شما با این روش به راحتی میتوانید لیکوپن و کاروتنوئید موجود در میوه و سبزیجات را هم شناسایی کنید.
