2022年1月17日 英国布里斯托大学和埃塞克斯大学的研究人员解开了秋海棠叶蓝色光泽的一些秘密

导读 对很多人来说,纳米技术属于科幻小说的范畴。布里斯托大学和埃塞克斯大学的研究人员解开了秋海棠叶片蓝色光泽的一些秘密,发现它们的叶绿体

对很多人来说,纳米技术属于科幻小说的范畴。布里斯托大学和埃塞克斯大学的研究人员解开了秋海棠叶片蓝色光泽的一些秘密,发现它们的叶绿体进化出了纳米级的陷光结构,帮助它们在黑暗的林底生存。

布里斯托大学的希瑟惠特尼博士领导的研究小组与埃塞克斯大学合作,发现植物,包括通常作为室内植物或花园种植的物种,长期以来一直在使用一种非常特殊的纳米技术3354,称为光子学——,在它们的叶子上创造结构,帮助它们收集光进行光合作用。

海棠是人们喜爱的园艺植物,长期以来因其装饰性的叶子和花朵而受到重视。它们受欢迎的一个原因是它们可以生活在没有阳光直射的室内。这是因为许多秋海棠生长在热带森林下,到达地面的光可能只是树冠顶部的一小部分。为了生存,这里的植物需要吸收尽可能多的光。

秋海棠有1500多种。一段时间以来,人们已经知道有些种类的叶子会呈现出明亮的蓝色光泽。这种非天然蓝色光泽的生物学功能未知:是为了阻挡捕食者还是为了保护叶子免受太多光线的伤害?直到布里斯托尔大学的希瑟惠特尼博士领导的研究小组才解开了这个谜团。生物科学学院开始研究秋海棠,注意到了一些新的东西。他们发现,只有在几乎黑暗的条件下,树叶才能产生蓝色的光泽,而在明亮的光线下,光泽会慢慢消失。

生物科学学院博士生、论文第一作者马特雅各布斯(Matt Jacobs)说,“我们在显微镜下发现,这些叶子中的单个叶绿体反射出明亮的蓝光,几乎像一面镜子。通过使用一种叫做电子显微镜的技术来观察更多的细节,我们发现在秋海棠中发现的“蓝色”叶绿体与在其他植物中发现的叶绿体有显著的不同。秋海棠因其鲜艳的蓝色彩虹色而被称为“虹彩叶绿体”。内部结构排列成非常均匀的一层,厚度只有100 nm,相当于人发宽度的千分之一。

生物学家知道这些层很小,足以干扰蓝光波,它们一定是有关系的,所以他们与布里斯托大学的露丝奥顿博士和马丁洛佩兹-加西亚博士进行了合作。基于电子电气工程系和物理学院,光子学团队发现,这种结构看起来非常类似于通常用于制造微型激光器和其他控制光流的光子结构的人工结构。

光子学研究人员可以通过进行与测量人造成分相同的光学测量来了解更多关于虹膜结构的信息。他们可以预测,虽然这个结构反射所有的蓝光,但实际上它吸收了更多的绿光。这看似令人惊讶,但在秋海棠的树荫下,上层树冠吸收了大部分蓝光,只留下绿光透过地面拍摄秋海棠。那么鸢尾植物进化到可以去除林下植被中残留的绿光了吗?

当埃塞克斯大学的研究人员研究了这些虹彩细胞与正常叶绿体相比的光合速率,并发现虹彩细胞在极低的光照水平下表现更好时,谜题的最后一块出现了。

秋海棠叶子为什么是蓝色的谜团已经部分解开,但还有更多问题需要解答,比如光子叶绿体是否比秋海棠更常见?研究人员可以在其他植物中使用这种进化的设计来提高作物产量,或者在人工设备中制造更好的电子设备吗?还需要进一步的研究,但是海棠比普通的科植物有更多的秘密。

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