在美国国家科学基金会的资助下，内布拉斯加大学林肯分校的生物化学家正在研究一种大型多年生草能够在低温下生存和繁衍的机制。她的发现可能会阐明如何最大限度地发挥其一些近亲且具有经济价值的表亲的潜力：玉米、高粱和甘蔗。
生物化学助理教授Katarzyna Glowacka正在使用NSF教师早期职业发展计划提供的一项为期五年、近 140 万美元的赠款来研究一种称为非光化学淬火或NPQ的过程——植物抵御损害的第一道防线它的光合作用机制——在使被称为芒草的草能够抵御寒冷引起的损害方面发挥作用。她假设芒草以一种独特的方式调节NPQ ，从而在黑暗、寒冷的夜晚触发对细胞损伤的增强保护。
对这一过程进行更全面的了解为设计更能抵抗低温的玉米、高粱和甘蔗品种打开了大门，随着极端天气和水资源短缺的加剧，这一特性变得越来越必要。一旦加强了抵御寒流的能力，这些作物就可以在春季早些时候种植，使它们能够在夏季干旱之前成熟。它们还可以在更多样化的气候中生存。
“我们的目标是了解保护机制，并为开发更耐寒的玉米、甘蔗和高粱提供一些指导，”Glowacka 说。“我们在问一个问题：这个过程有什么不寻常的地方，它可以让芒草在寒冷中存活下来?”
芒草、玉米、高粱和甘蔗被归类为C4植物，因为它们都经历了一种光合作用——将光、二氧化碳和水转化为植物生长的化学燃料的普遍过程——其中产生的第一个碳化合物有四个碳原子.
大多数C4植物对寒冷高度敏感，这限制了它们的地理分布、生产力和建立。这是因为低温会减慢驱动光合作用的酶，导致植物叶子中有害分子(称为反应性氧化物质)的积累。这些分子阻碍生长并破坏光合作用机制。
芒草避免了这种命运——但研究人员并不完全理解为什么。Glowacka 怀疑答案在于草对NPQ的独特调节。虽然植物需要光来进行光合作用，但它们在白天接触到的太阳能中约有 75% 是过量的。为了确保额外的光不会损坏植物的光合作用机制，NPQ将其转化为热量并释放出来。
Glowacka 的初步数据表明，在芒草中，NPQ还可以防止寒冷。草似乎以一种不寻常的方式调节NPQ，黑暗、寒冷的夜晚会诱导改变NPQ过程，从而增强光保护。Glowacka 旨在更全面地了解触发这种强化防御系统的事件链。
她的研究方法是高通量表型分析的创新组合，这将允许在五年内快速测量芒草的多种性状;遗传学方法，可以深入研究NPQ相关基因的作用;和氧化还原代谢组学，与该大学的氧化还原生物学中心合作，可以分析NPQ如何影响整个植物。Glowacka 说，单独而言，这些方法中的每一种都是相当典型的，但是将它们结合在一个项目中是新颖的。
对于该项目的教育部分，她正在与内布拉斯加州的女童子军精神合作，为 10 至 12 岁的女孩提供暑期课程，重点是动手植物科学活动。她还将重新设计一门本科课程，以专注于科学沟通技巧并结合主动学习方法。
她和她的实验室成员将通过大学的周日科学家计划和植物科学创新中心的植物迷恋日，让公众参与光合作用研究。
对于这些外展工作，格洛瓦卡说，她利用自己作为科学界女性和第一代大学生的经历，试图吸引更多来自弱势群体的学生进入STEM领域。
“我希望作为一名女性——以及来自国外的女性——领导一个实验室，年轻学生们看到他们也能做到，”她说。“对于第一代学生，我希望他们看到STEM职业让他们有机会成为世界公民。没有其他职业可以让您自由地从一个地方移动到另一个地方以获得奖学金和在国外工作。我认为这很了不起。”
美国国家科学基金会的职业奖支持通过杰出的研究、优秀的教育和教育与研究的整合来体现教师学者作用的任职前教师。
