美国开发出连续监测作物健康状况的植物贴片
2021-07-09 21:29:50 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这种可穿戴传感器可以检测植物释放的挥发性有机化合物（VOC），以无创方式监测植物胁迫和病害。
据麦姆斯咨询报道，北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种植物可以“穿戴”的贴片，该贴片可以连续监测植物病害或其他胁迫因素，如作物损伤或极端高温。
该工作相关论文的共同通讯作者Qingshan Wei介绍说：“我们设计了一种可穿戴传感器，可以检测植物释放的挥发性有机化合物（VOC），以无创方式监测植物胁迫和病害。”Qingshan Wei是北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系助理教授。
目前检测植物胁迫或病害的方法由采集植物组织样本和在实验室进行测定两步完成。然而，由于种植者采集样本和获得测试结果之间有时间差，这种检测方法只能提供种植者样本测试值。
植物在不同的环境下释放出不同的VOC组合。通过监测与特定病害或植物胁迫相关的VOC，该传感器向用户发出与之相对应的特定警示。
“我们的技术可以连续监测植物释放的VOC，并不会对植物造成伤害。”Qingshan Wei说，“我们展示的原型机对监测数据采用本地存储方式，但未来的装置将以无线方式传输这些数据。我们开发的技术可以让种植者在田间及时地发现问题——他们不必等待实验室的测试结果。”
矩形贴片长30毫米，由包含石墨烯基传感器的柔性材料和柔性银纳米线组成。石墨烯基传感器上涂有各种化学配体，可响应特定VOC的存在，从而使系统能够检测到植物叶子释放的气体中的VOC。
研究人员在番茄植株上对这种装置的原型机进行了测试。该原型机被用来监测两种类型的胁迫：植物的物理损伤和致病疫霉菌（引起番茄晚疫病的病原体）感染。此系统在一到三个小时内检测到了与物理损伤相关的VOC变化，具体时长取决于损伤处与贴片之间的距离。
检测致病疫霉菌的存在需要更长的时间。直到研究人员在番茄植株上放置贴片三到四天后，该系统才检测到VOC排放的变化。
“这并不明显比晚疫病视觉症状出现的速度快。”Qingshan Wei说，“不过，该监测系统意味着种植者不必依赖于检测微小的视觉症状。这种连续监测技术能够使种植者尽快识别植物病害，帮助他们控制病害的传播。”
该论文的共同通讯作者Yong Zhu说：“我们的原型机已经可以高精度地检测13种不同的植物VOC，因此允许用户开发定制的传感器阵列，专门用于监测种植者认为最相关的胁迫和病害。”Yong Zhu是北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系Andrew A. Adams特聘教授。
“同样值得注意的是，这些材料的成本相当低。”Yong Zhu说，“我们认为，如果生产规模扩大，这项技术也是人们能够承担的起的。我们正努力为现实问题找到一种切实可行的解决方案，我们知道成本是一个重要的考虑因素。”
研究人员目前正致力于开发下一代贴片，该贴片可以监测温度、湿度、其它环境变量以及VOC。虽然原型机是由电池供电，并在现场存储数据，但研究人员计划未来的装置由太阳能供电并以无线方式传输数据。
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