Ученые разработали электронный пластырь для определения патогенов растений
Ученые из Университета штата Северная Каролина разработали электронный пластырь, который можно наклеивать на листья растений для мониторинга сельскохозяйственных культур на наличие различных патогенов, таких как вирусные и грибковые инфекции, а также таких стрессов, как засуха или засоление. В ходе тестирования исследователи обнаружили, что пластырь способен обнаруживать вирусную инфекцию в помидорах более чем за неделю до того, как производители смогут обнаружить какие-либо видимые симптомы болезни.
«Это важно, потому что чем раньше производители смогут определить болезни растений или грибковые инфекции , тем лучше они смогут ограничить распространение болезни и сохранить свой урожай», — говорит Циншань Вей, автор статьи о работе и помощник. профессор химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина. «Кроме того, чем быстрее производители смогут выявлять абиотические стрессы, такие как оросительная вода, загрязненная вторжением соленой воды , тем лучше они смогут решать соответствующие проблемы и повышать урожайность».
Статья «Абаксиальный мультимодальный носимый датчик на поверхности листа для непрерывного мониторинга физиологии растений» опубликована 12 апреля в журнале Science Advances с открытым доступом.
Технология основана на предыдущем патче-прототипе , который выявлял болезни растений путем мониторинга летучих органических соединений (ЛОС), выделяемых растениями. Растения выделяют различные комбинации ЛОС при различных обстоятельствах. Нацеливая ЛОС, которые имеют отношение к конкретным заболеваниям или стрессу растений, датчики могут предупреждать пользователей о конкретных проблемах.
«Новые патчи включают в себя дополнительные датчики, позволяющие им контролировать температуру, влажность окружающей среды и количество влаги, «выдыхаемой» растениями через их листья», — говорит Юн Чжу, соавтор статьи, и Эндрю А. Адамс. Заслуженный профессор машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина.
Сами пластыри небольшие — всего 30 миллиметров в длину — состоят из гибкого материала, содержащего датчики и электроды на основе серебряных нанопроволок. Патчи размещают на нижней стороне листьев, которые имеют более высокую плотность устьиц — пор, которые позволяют растению «дышать», обмениваясь газами с окружающей средой.
Исследователи протестировали новые патчи на растениях помидоров в теплицах и экспериментировали с патчами, которые включали в себя различные комбинации датчиков. Растения томатов были инфицированы тремя различными патогенами: вирусом пятнистого увядания томатов (TSWV); ранняя гниль , представляющая собой грибковую инфекцию; и фитофтороз , который является типом патогена, называемого оомицетом. Растения также подвергались различным абиотическим стрессам, таким как чрезмерный полив, засуха, недостаток света и высокая концентрация солей в воде.
Исследователи взяли данные из этих экспериментов и подключили их к программе искусственного интеллекта, чтобы определить, какие комбинации датчиков работают наиболее эффективно для выявления как болезней, так и абиотического стресса.
«Наши результаты по обнаружению всех этих проблем были многообещающими по всем направлениям», — говорит Вей. «Например, мы обнаружили, что, используя комбинацию из трех датчиков на грядке, мы смогли обнаружить TSWV через четыре дня после первого заражения растений. Это значительное преимущество, поскольку помидоры обычно не проявляют никаких физических симптомов». TSWV от 10 до 14 дней».
Исследователи говорят, что они в двух шагах от патча, который смогут использовать производители. Во-первых, им нужно сделать патчи беспроводными — это относительно простая задача. Во-вторых, им необходимо протестировать патчи в полевых условиях, вне теплиц, чтобы убедиться, что патчи будут работать в реальных условиях.
«В настоящее время мы ищем партнеров в промышленности и сельском хозяйстве, которые помогут нам в разработке и тестировании этой технологии», — говорит Чжу. «Это может стать значительным шагом вперед, чтобы помочь производителям предотвратить превращение небольших проблем в большие, а также помочь нам осмысленно решать проблемы продовольственной безопасности».
Источник и фото: Государственный университет Северной Каролины
