Электронный пластырь для раннего обнаружения болезней и стрессов у растений
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали электронный пластырь, который крепится на листья растений для мониторинга патогенов (вирусных и грибковых инфекций) и абиотических стрессов, таких как засуха или засоление. В тестах пластырь обнаружил вирусную инфекцию у томатов более чем за неделю до появления видимых симптомов.
"Чем раньше производители выявят болезнь, тем лучше смогут ограничить её распространение и сохранить урожай", — говорит Циншань Вэй, автор статьи и доцент химической и биомолекулярной инженерии.
Статья "Abaxial leaf surface-mounted multimodal wearable sensor for continuous plant physiology monitoring" опубликована 12 апреля в журнале Science Advances.
Технология развивает предыдущий прототип, обнаруживавший болезни по летучим органическим соединениям (ЛОС), которые растения испускают в разных ситуациях.
"Новые пластыри включают дополнительные сенсоры для мониторинга температуры, влажности окружающей среды и количества влаги, 'выдыхаемой' растениями через листья", — говорит соавтор Юн Чжу.
Пластыри размером 30 мм изготовлены из гибкого материала с сенсорами и электродами на основе серебряных нанопроволок. Их размещают на нижней стороне листьев, где больше устьиц — пор для газообмена.
Исследователи тестировали пластыри на томатах в теплицах, используя разные комбинации сенсоров. Растения заражали тремя патогенами:
Также растения подвергали абиотическим стрессам: переливу, засухе, недостатку света и высокой концентрации соли в воде.
Данные экспериментов анализировали с помощью искусственного интеллекта, чтобы определить наиболее эффективные комбинации сенсоров.
"Наши результаты по обнаружению всех этих угроз были многообещающими. Например, комбинация из трёх сенсоров позволила обнаружить TSWV через четыре дня после заражения. Это значительное преимущество, так как видимые симптомы TSWV обычно появляются через 10–14 дней", — отмечает Вэй.
Для готовности технологии к использованию необходимо решить две задачи:
- Сделать пластыри беспроводными (относительно простая задача).
- Провести полевые испытания вне теплиц.
"Мы ищем партнёров в промышленности и сельском хозяйстве, чтобы продвигать разработку и тестирование. Это может стать значительным шагом в помощи производителям и решении проблем продовольственной безопасности", — говорит Чжу.