Naukowcy opracowali nową łatkę, którą rośliny mogą „nosić”, aby stale monitorować choroby lub inne stresy, takie jak uszkodzenia upraw lub ekstremalne upały.

„Stworzyliśmy nadający się do noszenia czujnik, który monitoruje stres i choroby roślin w sposób nieinwazyjny, mierząc lotne związki organiczne (LZO) emitowane przez rośliny” – mówi Qingshan Wei, adiunkt inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. -autor korespondencyjny artykułu o pracy.

Aktualne metody testowania stres roślin lub choroba wiąże się z pobraniem próbek tkanek roślinnych i przeprowadzeniem testu w laboratorium. Daje to jednak hodowcom tylko jeden pomiar, a między pobraniem próbki przez hodowcę a otrzymaniem wyników testu występuje pewien czas.

Rośliny emitują różne kombinacje LZO w różnych okolicznościach. Kierując się na lotne związki organiczne, które są istotne dla określonych chorób lub stresu roślin, czujniki mogą ostrzegać użytkowników o określonych problemach.

„Nasze monitory technologiczne Emisje LZO z rośliny w sposób ciągły, bez szkody dla rośliny”, mówi Wei. „Prototyp, który zademonstrowaliśmy, przechowuje te dane z monitorowania, ale przyszłe wersje będą przesyłać dane bezprzewodowo. To, co opracowaliśmy, pozwala hodowcom identyfikować problemy w terenie — nie musieliby czekać na wyniki testów z laboratorium”.

Prostokątne łaty mają długość 30 milimetrów (1.18 cala) i składają się z elastycznego materiału zawierającego czujniki na bazie grafenu i elastyczne srebrne nanodruty. Czujniki są pokryte różnymi ligandami chemicznymi, które reagują na obecność określonych LZO, umożliwiając systemowi wykrywanie i pomiar LZO w gazach emitowanych przez liście rośliny.

Naukowcy przetestowali prototyp urządzenia na pomidorach. Prototyp został skonfigurowany do monitorowania dwóch rodzajów stresu: fizycznego uszkodzenia rośliny i infekcji przez P. infestans, patogen, który powoduje późne choroba zarazy w pomidorach. System wykrył zmiany LZO związane z fizycznym uszkodzeniem w ciągu jednej do trzech godzin, w zależności od tego, jak blisko miejsca uszkodzenia znajdowało się miejsce.

Wykrywanie obecności P. infestans trwało dłużej. Technologia nie wychwyciła zmian w emisji LZO aż do trzech do czterech dni po zaszczepieniu przez naukowców roślin pomidora.

„Nie jest to znacznie szybsze niż pojawienie się wizualnych objawów zarazy” – mówi Wei. „Jednak system monitorowania oznacza, że ​​hodowcy nie muszą polegać na wykrywaniu drobnych objawów wizualnych. Ciągłe monitorowanie umożliwiłoby hodowcom jak najszybszą identyfikację chorób roślin, pomagając im ograniczyć rozprzestrzenianie się choroby”.

„Nasze prototypy mogą już wykrywać 13 różnych roślinnych lotnych związków organicznych z dużą dokładnością, co pozwala użytkownikom opracować zindywidualizowany układ czujników, który koncentruje się na stresach i chorobach, które zdaniem hodowcy są najbardziej istotne” – mówi Yong Zhu, profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej. -autor korespondencyjny artykułu.

„Ważne jest również, aby pamiętać, że materiały są dość tanie”, mówi Zhu. „Gdyby produkcja została zwiększona, uważamy, że ta technologia byłaby przystępna cenowo. Staramy się opracować praktyczne rozwiązanie rzeczywistego problemu i wiemy, że koszt jest ważnym czynnikiem”.

Naukowcy pracują obecnie nad opracowaniem plastra nowej generacji, który może monitorować temperaturę, wilgotność i inne zmienne środowiskowe, a także lotne związki organiczne. Chociaż prototypy były zasilane bateryjnie i przechowywały dane na miejscu, naukowcy planują, że przyszłe wersje będą zasilane energią słoneczną i zdolne do bezprzewodowego przesyłania danych.

Zheng Li, były postdoc w NC State, który jest obecnie adiunktem na Uniwersytecie w Shenzhen, oraz Yuxuan Li, doktorantka w NC State, są współpierwszymi autorami artykułu opublikowanego w czasopiśmie Materia. Dodatkowi współautorzy pochodzą ze Stony Brook University i NC State.

Praca uzyskała wsparcie Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych, Narodowej Fundacji Nauki i Stanu NC.

Źródło: Państwo NC

O autorze

książki-ogrodnictwo

Ten artykuł pierwotnie ukazał się w Futurity