Датчики растений могут выступать в качестве системы предупреждения для фермеров
Датчики, которые обнаруживают сигнальные молекулы растений, могут выявить, когда сельскохозяйственные культуры испытывают слишком много света или тепла или подвергаются нападению насекомых или микробов.
Используя пару датчиков, изготовленных из углеродных нанотрубок, исследователи из Массачусетского технологического института и Альянса Сингапура и MIT по исследованиям и технологиям (SMART) обнаружили сигналы, которые показывают, когда планы испытывают стрессы, такие как жара, свет или нападение насекомых или бактерий.
Сенсоры обнаруживают две сигнальные молекулы, которые растения используют для координации своей реакции на стресс: перекись водорода и салициловую кислоту (молекула, похожая на аспирин). Исследователи обнаружили, что растения производят эти молекулы в разные моменты времени для каждого типа стресса, создавая особые закономерности, которые могут служить системой раннего предупреждения.
По словам исследователей, фермеры могут использовать эти датчики для мониторинга потенциальных угроз для своих посевов, что позволит им вмешаться до того, как урожай будет потерян.
«Мы обнаружили, что эти два датчика вместе могут точно сказать пользователю, какой именно стресс испытывает растение. Внутри завода в реальном времени происходят химические изменения, которые усиливаются и ослабевают, и каждое из них служит отпечатком определенного стресса», — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии Carbon P. Dubbs в Массачусетском технологическом институте и один из старших авторы исследования. Страно также является соруководителем исследовательской группы «Прорывные и устойчивые технологии для точного сельского хозяйства» в SMART.
Сароджам Раджани, старший научный сотрудник Лаборатории биологических наук Темасек в Сингапуре, также является старшим автором статьи , опубликованной в журнале Nature Communications. Ведущими авторами статьи являются Мервин Чун-И Анг, заместитель научного директора SMART, и Джолли Мадатипарамбил Саджу, научный сотрудник лаборатории биологических наук Темасек.
Растения по-разному реагируют на разные виды стресса. В 2020 году лаборатория Страно разработала датчик, который может обнаруживать перекись водорода, которую растительные клетки используют в качестве сигнала бедствия, когда они подвергаются нападению насекомых или сталкиваются с другими стрессами, такими как бактериальная инфекция или слишком много света.
Эти датчики состоят из крошечных углеродных нанотрубок, обернутых полимерами. Изменяя трехмерную структуру полимеров, датчики можно адаптировать для обнаружения различных молекул, излучая флуоресцентный сигнал при наличии цели. В новом исследовании ученые использовали этот подход для разработки датчика, который может обнаруживать салициловую кислоту — молекулу, которая участвует в регулировании многих аспектов роста, развития и реакции растений на стресс.
Чтобы внедрить наносенсоры в растения, исследователи растворяют их в растворе, который затем наносят на нижнюю сторону листа растения. Сенсоры могут проникать в листья через поры, называемые устьицами, и селиться в мезофилле — слое, где происходит большая часть фотосинтеза. Когда датчик активирован, сигнал можно легко обнаружить с помощью инфракрасной камеры.
Источник: www.futurefarming.com
