龍舌蘭抗旱之謎：科學家揭開水分儲存的秘密

龍舌蘭植物不僅是製作龍舌蘭酒的原料，更是抗旱專家，能在極度乾旱的環境中茁壯成長。最近，科學家利用太赫茲光譜技術，揭開了龍舌蘭如何在特殊葉片結構中儲存水分，並使用果聚糖作為分子海綿的奧秘。這項突破性研究不僅能幫助開發更節水的作物，還能應用於食品保鮮技術，為智慧農業開闢新的可能性。

墨西哥光學研究中心（CIO）的莫妮卡·奧爾蒂斯-馬丁內斯（Monica Ortiz-Martinez）指出，瞭解植物如何適應乾旱環境，將有助於改進農業實踐，並開發出需水量更少的作物。這不僅能提高作物產量，還能減少水資源消耗，對農民、食品生產及全球糧食安全都有深遠影響。

研究團隊利用太赫茲光譜和成像技術，測量了植物組織中的水分含量，並繪製了水分在植物內部的分佈圖。他們發現，龍舌蘭植物透過在特殊葉片結構中儲存水分，並利用果聚糖在分子層面上保留水分，從而適應乾旱環境。這項研究發表於《應用光學》期刊，展示了太赫茲光譜技術在無損研究植物方面的強大潛力。

研究的第一作者恩裡克·卡斯特羅-卡穆斯（Enrique Castro-Camus）表示，龍舌蘭果聚糖的卓越保水特性，可應用於開發新的食品成分，改善乾燥或加工食品的保濕性、質地和儲存期限。這意味著未來我們可能享用到更健康、儲存期更長且人工防腐劑更少的食品。

這項研究最初是CIO的太赫茲科學應用團隊與CINVESTAV的瓊·辛普森（June Simpson）合作，從生物學角度探討龍舌蘭葉片中的水分分佈及其與果聚糖的關係。同時，CIO團隊也與CIATEJ的索科羅·維拉紐瓦（Socorro Villanueva）合作，從食品科學的角度研究果聚糖如何形成微觀水層，保護冷凍產品免受凍結損害。最終，這兩項研究結合在一起，完整揭示了龍舌蘭如何抵禦極端乾旱。

研究團隊使用飛秒光纖雷射的太赫茲時域光譜儀進行成像，並將薄葉片切片置於太赫茲發射器和檢測器之間，透過水分吸收測量來繪製水分分佈圖。他們還重新配置了光譜儀，以分析含有果聚糖的溶液。莫妮卡·奧爾蒂斯-馬丁內斯強調，這項研究在植物水分檢測方面引入了多項創新，其中最顯著的是非侵入性水分檢測技術，能夠在不損壞植物的情況下進行即時水分分析。

研究發現，龍舌蘭葉片具有特殊的水分儲存系統，其內核保持高度水合狀態，而外層則作為保護屏障，減少水分流失。此外，果聚糖具有極強的保水能力，其分支化學結構形成了一種多孔海綿，能夠在高溫下保持植物水分。這種組織層面和分子層面的水分儲存機制，使龍舌蘭在缺水環境中具有極強的抗旱能力。

接下來，研究團隊計劃擴大太赫茲光譜和成像技術的應用範圍，研究更多植物的抗旱機制，特別是對全球糧食安全至關重要的作物。他們希望進一步開發這項技術，使其成為便攜且經濟高效的系統，可用於田間或溫室中的即時監測。結合先進的機器學習演算法，這項技術將能更有效地分析太赫茲影象，實現即時檢測水分分佈和乾旱壓力指標。

研究人員強調，要取得具有社會和經濟影響力的成果，需要光學、植物生理學和食品科學領域專家的緊密合作。恩裡克·卡斯特羅-卡穆斯表示，這項研究為更智慧、更永續的農業實踐奠定了基礎，最終將造福農民和消費者，並為未來世代保護自然資源。

參考文獻：Castro-Camus, E., Singh, A. K., Perez-Lopez, A. V., Morales-Hernandez, J. A., Simpson, J., Villanueva-Rodriguez, S. J., & Ortiz-Martinez, M. (2025). Terahertz spectroscopy and imaging as a tool to unlock physiological and molecular mechanisms for drought resistance of agaves. Applied Optics, 5 March 2025.