Ученые изобрели пластырь для быстрого определения заболеваний у сельхозкультур
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали пластырь, который «носится» на растения, чтобы постоянно следить за болезнями или другими стрессами, такими как повреждение урожая или сильная жара.
«Мы создали носимый датчик, который контролирует стресс и болезни растений неинвазивным способом, измеряя летучие органические соединения (ЛОС), выделяемые растениями», — говорит Циншань Вэй, соавтор статьи. Вэй — доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в NC State.
Современные методы тестирования растений на стресс или болезни включают взятие образцов растительной ткани и проведение анализа в лаборатории. Тем не менее, это дает производителям только одно измерение, и между тем, когда производители берут образец, и когда они получают результаты теста, проходит некоторое время.
Растения выделяют разные комбинации ЛОС в разных условиях. Направляя нацеливание на ЛОС, которые имеют отношение к конкретным заболеваниям или стрессу растений, датчики могут предупреждать пользователей о конкретных проблемах.
«Наша технология непрерывно контролирует выбросы ЛОС с растений, не причиняя им вреда», — говорит Вэй. «Прототип, который мы продемонстрировали, хранит эти данные мониторинга, но в будущих версиях данные будут передаваться по беспроводной сети. То, что мы разработали, позволяет фермерам выявлять проблемы в полевых условиях — им не придется ждать, чтобы получить результаты испытаний из лаборатории».
Прямоугольные участки пластыря имеют длину 30 миллиметров и состоят из гибкого материала, содержащего датчики на основе графена и гибкие серебряные нанопроволоки. Датчики покрыты различными химическими лигандами, которые реагируют на присутствие определенных ЛОС, что позволяет системе обнаруживать и измерять его в газах, выделяемых листьями растений.
Также читайте: Onset запускает новый мультиглубинный датчик влажности почвы
Исследователи протестировали прототип устройства на томатах. Он был создан для отслеживания двух типов стресса: физического повреждения растения и заражения P. infestans, патогена, вызывающего фитофтороз томатов. Система обнаружила изменения летучих органических соединений, связанные с физическим повреждением, в течение одного-трех часов, в зависимости от того, насколько близко было повреждение к месту наложения пластыря.
Выявление присутствия P. infestans заняло больше времени. Технология не улавливала изменений в выбросах ЛОС до трех-четырех дней после того, как исследователи заразили растение.
«Это не намного быстрее, чем появление визуальных симптомов фитофтороза», — говорит Вэй. «Однако система мониторинга означает, что производителям не нужно полагаться на обнаружение мельчайших визуальных симптомов. Непрерывный мониторинг позволит производителям выявлять болезни растений быстрее, и помогает им ограничить распространение болезни».
Прототипы уже могут обнаруживать 13 различных летучих органических соединений растений с высокой точностью, что позволяет пользователям разрабатывать индивидуальный массив датчиков, который фокусируется на стрессах и заболеваниях, которые, по мнению производителя, являются наиболее важными, говорят ученые.
«Также важно отметить, что материалы довольно дешевы», — говорит Чжу. «Если бы производство было расширено, мы думаем, что эта технология была бы доступной. Мы пытаемся разработать практическое решение реальной проблемы, и мы знаем, что стоимость является важным фактором».
В настоящее время исследователи работают над разработкой пластыря следующего поколения, который может отслеживать температуру, влажность и другие параметры окружающей среды, а также летучие органические соединения. И хотя прототипы питались от батарей и хранили данные на месте, исследователи планируют, что будущие версии будут работать от солнечной энергии и поддерживать беспроводную передачу данных.
Статья «Мониторинг стрессов растений в реальном времени с помощью химирезистивного профилирования летучих веществ в листьях с помощью переносного датчика» опубликована в журнале Matter.
Источник: Университет штата Северная Каролин
