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俄科研团队发现蓝云杉的蓝色调源自于其松针表层中的纳米管

 来自俄科学院西伯利亚分院网站的报道,该分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心的科研团队研究确定,蓝云杉和灰小麦的蓝色调源自于覆盖松针和叶片表面角质层蜡中的纳米管,长度为几微米的纳米管对透射到植物中的阳光产生影响,由此植物可通过提高光合作用效果生存在光照不足的条件下。相关研究成果收录到“International Conference on Information Technology and Nanotechnology”论文集。
  植物的多个部位覆盖有角质蜡涂层,它可保护叶子免受过多水分和干燥、虫害和化学物质的侵害,当阳光照射到光合表面时首先遇到的是蜡涂层,蜡涂层会影响穿透辐射(光)的光学性能。科研团队发现,纳米管是植物蜡涂层的结构元件,在研究蓝云杉松针和灰小麦叶片表层对光学性能的影响后科研人员得出结论,蓝色调恰恰源自于蜡涂层的纳米管。
  为研究角质蜡涂层的结构,科研人员需要小心地将其与植物分离。一般采用有机物或溶剂进行物质的分离,但这样会污染研究材料,为此科研人员选用蒸馏水进行角质蜡涂层的分离,这是因为,水是惰性纯净材料,可在毛细力的作用下深深渗入植物组织内部并可轻易烘干去除。按照这个思路,科研人员将研究试样置于盛水容器中放置若干小时,之后冷却至零下,水冷冻膨胀并从叶片表面撕下角质蜡层,脱落的蜡层漂浮在液体表面,由此实现角质蜡层的无污染分离。在扫描电子显微镜下观察剥离的蜡涂层发现,两种植物蜡涂层均由直径大约为150纳米、长度为1-4微米的纳米管构成,松针和灰小麦叶片蜡涂层光学性能比较发现,两者存在着荧光广谱的差异,蓝云杉的辉光峰值靠近紫外边界,而灰小麦的辉光峰值则离绿色区域不远,其结果,在紫外线照射下云杉显现蓝色,而小麦变成了灰色,这种区别的原因是,松针蜡涂层中的纳米管是空心的,而叶片蜡涂层的纳米管则是充满的,两者的折射率不同。
  英国科研人员在2016年研究发现,植物的蓝色调并不是由颜料,而是可能由植物叶绿体中的某种光子晶体结构所造成,西伯利亚科研人员在研究西伯利亚蓝云杉的蓝色成因时偶然发现了角质蜡涂层的原因,如果采用化学方法去除蜡涂层,则云杉视觉上变成了普通绿色,随后研究灰小麦得知,这种浅蓝色植物的密实蜡涂层由纳米管构成。所进行的光谱性能研究发现,蜡涂层可吸收紫外全光谱,辐射可见光,即产生荧光现象,通过吸收短光谱保护细胞内部结构免受紫外线的伤害,并将其转换成可见光提高了植物光合作用的效果。