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本研究聚焦植物与声音相互作用，利用光学相干断层扫描（OCT）技术，探究声音对植物叶片内部结构的影响，为农业应用提供新思路。
植物生长受到多种因素的影响，除了传统的水、光、二氧化碳、温度和湿度等条件外，近年来声音对植物的影响也引起了研究者的关注。声音对植物的生长既有促进作用，也可能带来负面影响，这取决于声音的特性。然而，现有的研究方法评估植物与声音相互作用需要耗费大量时间，且难以实时监测植物内部结构的变化。为了克服这些局限性，日本 Shibaura Institute of Technology 的 Uma Maheswari Rajagopalan 团队开展了一项创新性研究，旨在探索光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）技术在研究植物与声音相互作用中的应用潜力。该研究结果发表在《BMC Research Notes》上，为快速评估声音对植物的影响提供了新的技术手段。
研究背景部分指出，植物对声音的响应已被广泛研究，例如玉米根在 220 Hz 声音刺激下会向声源方向弯曲生长，植物叶片在受到昆虫啃食声音刺激时会增强化学反应。然而，现有的评估方法如干重和产量测量、根茎长度测量等需要多个生长阶段，耗时较长，且难以实时监测植物内部结构的变化。为了弥补这些不足，研究人员提出了使用激光生物散斑方法研究声音对植物的影响，但这种方法仅能观察到叶片表面的活动，无法深入探究叶片内部组织的变化机制。
为了深入了解声音对植物内部结构的影响，研究人员采用了光学相干断层扫描（OCT）技术。OCT 是一种非破坏性、非接触式、实时成像技术，能够对生物组织进行三维断层扫描。在本研究中，研究人员以芝麻菜（Eruca sativa）为实验对象，对其叶片施加不同频率（100 Hz 和 10 kHz）和声压（100 dB）的声音刺激，并利用 OCT 技术获取叶片在声音刺激前后的深度分辨图像。研究发现，低频声音（100 Hz）比高频声音（10 kHz）在叶片内部引起了更显著的活动变化。这一结果表明，OCT 技术能够快速揭示声音对植物内部结构的影响，为农业应用提供了新的可能性。
在研究方法方面，研究人员使用了光谱域光学相干断层扫描（Spectral-domain OCT, SD-OCT）系统，其光源为超荧光二极管（SLD），中心波长为 836.1 nm，带宽为 55.2 nm。通过光纤耦合器将光分为两束，分别照射样本叶片和参考镜。经过一系列光学元件和扫描镜后，将从叶片和参考镜返回的光重新组合，并通过光谱仪和线扫描相机获取光谱干涉信号。通过傅里叶变换将光谱数据转换为深度变化信息，从而获得叶片的二维和三维结构图像。此外，研究人员还设计了声音暴露协议，使用扬声器产生 100 Hz 和 10 kHz 的声音刺激，并将叶片暴露在 100 dB 的声压下。实验中，叶片在黑暗和无声音环境中预处理 60 分钟，随后进行多次 OCT 扫描和声音暴露循环，以确保结果的可靠性。
研究结果显示，OCT 结构图像能够清晰地显示出叶片的分层组织结构，且在不同频率声音刺激下，叶片内部的活动模式存在显著差异。在 100 Hz 声音刺激下，叶片内部的红色区域（表示较大变化）较多，而在 10 kHz 声音刺激下，蓝色区域（表示较小变化）较多。这表明低频声音对叶片内部结构的影响更为显著。此外，研究人员还发现，声音刺激仅持续一分钟即可在叶片的深层区域引起结构变化。这一发现进一步证实了 OCT 技术在植物声学研究中的敏感性和有效性。
在讨论部分，研究人员指出，OCT 技术的优势在于其能够区分来自叶片表面和特定深度的反射光，从而实现对叶片内部结构变化的深度分辨成像。与激光生物散斑方法相比，OCT 技术能够提供更详细的内部结构信息，有助于深入理解声音对植物的影响机制。然而，OCT 技术也存在一定的局限性，例如系统构建需要复杂的光学元件和高昂的成本。尽管如此，本研究首次将 OCT 技术应用于植物内部结构变化的实时监测，为植物声学研究开辟了新的方向。
综上所述，本研究通过应用 OCT 技术，成功揭示了声音对植物叶片内部结构的频率依赖性影响。这一成果不仅为快速评估声音对植物的作用提供了新的技术手段，也为农业应用提供了潜在的创新思路。未来的研究可以进一步探索 OCT 技术在植物生理学和生态学中的应用，以期为植物科学的发展做出更大的贡献。
