新型手機傳感器可有效監測農作物病害前沿科技

高智導讀:日前,美國北卡羅來納州立大學的魏青山及其同事開發了一款傳感器,可以在番茄植株染病后的兩天內檢測出晚疫病。未來,該系統將能以新方式及時發現病菌,幫助對抗具有破壞性的作物病害。

伯恩利和加的夫 www.kplhlm.com.cn 日前,美國北卡羅來納州立大學的魏青山及其同事開發了一款傳感器,可以在番茄植株染病后的兩天內檢測出晚疫病。未來,該系統將能以新方式及時發現病菌,幫助對抗具有破壞性的作物病害。

  我們知道,農作物通過葉子上的氣孔呼吸,它們會向空氣中釋放各種揮發性有機化合物(VOCs)。現在,一種新的智能手機連接設備可以在幾分鐘內分析出這些化學物質并檢測識別可能出現的任何疾病。

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新型智能手機傳感器,資料圖

  7月29日,英國《自然·植物》雜志在線發表的一項研究,描述了一款可檢測微生物侵染植株的智能手機傳感器。該系統在未來應用中將能以新方式及時發現病菌,幫助對抗具有破壞性的作物病害。

  植物病害中的晚疫病,由名為致病疫霉的微生物引起,感染這種病菌的植株在整個生育期均可發病。對重要的經濟作物番茄和馬鈴薯來說,該病菌會快速侵染植株,不加治理的病株幾天內即死亡。如果天氣條件適宜,病菌還會快速擴散,導致病害流行。最值得注意的是,致病疫霉曾導致了19世紀的愛爾蘭大饑荒,也就是馬鈴薯饑荒,讓當時的愛爾蘭人口銳減了近四分之一。

  此次,美國北卡羅來納州立大學的魏青山及其同事開發了一款傳感器,可以在番茄植株染病后的兩天內檢測出晚疫病。據悉,這款由北卡羅萊納州立大學科學家們開發的手機,被設計成需要安裝在農民的智能手機上,具體來說,是在相機鏡頭的上方。

  他們使用的化學修飾金納米粒子,會與病株葉片釋放的揮發性有機化合物發生反應,而手機攝像頭能捕捉這種反應引起的顏色變化。在一次盲測中,該裝置對晚疫病的檢測準確度高達95%。

  首先,農民需要從有問題的植物上摘下一片葉子,然后把它放在一個試管里,試管隨后需要被密封至少15分鐘,這給了葉子充足的時間來釋放VOCs。接下來,拿掉試管的蓋子,然后用一根很細的塑料管,將試管中積累的化學氣體泵入傳感器內的一個腔室里。

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手機攝像頭會拍攝試劑變色后形成的斑點,并在屏幕上顯示出來。資料圖

  據了解,在這個測試室內有一條含有一些嵌入試劑的測試紙帶,當暴露在某些VOCs下時,這些試劑就會發生變色反應。其中一些試劑由現成的染料組成,另一些則包含了特制的金納米顆粒。手機的攝像頭則會拍攝這些斑點,并在屏幕上顯示出來。

  研究團隊發現,這一技術可在肉眼看到癥狀前就檢測出晚疫病,從而盡早采取行動防止病害傳播。研究人員認為,如果與不同的比色法指示劑結合使用,該技術還將能用于檢測其他的植物病害。

  到目前為止,這套裝置已經成功識別出10種不同濃度的VOCs。不過,目前的分析工作必須要將植物樣品送到實驗室并且可能要等幾天甚至幾周才行。

  植物病害一般會造成約20%至40%的產量損失,因為植物會在生物或非生物因子的影響下,發生一系列形態、生理和生化上的病理變化,從而阻礙正常生長、發育的進程,最終影響人類經濟效益。

(來源:傳感器專家網)

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