為植物設(shè)計(jì)的補(bǔ)丁可以實(shí)現(xiàn)對作物壓力和病害的連續(xù)監(jiān)測

　　北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種植物可以"穿戴"的貼片，以持續(xù)監(jiān)測植物疾病或其他壓力，如作物損害或極端高溫。"我們創(chuàng)造了一種可穿戴的傳感器，通過測量植物排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），以非侵入性的方式監(jiān)測植物的壓力和疾病，"關(guān)于這項(xiàng)工作的一篇論文的共同通訊作者Qingshan Wei說。Wei是北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系的一名助理教授。

　　目前測試植物壓力或疾病的方法包括采集植物組織樣本并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測。然而，這只能給種植者提供一個(gè)測量結(jié)果，而且在種植者取樣和得到測試結(jié)果之間存在一個(gè)時(shí)間差。

　　植物在不同的情況下會(huì)排放不同的VOC組合。通過鎖定與特定疾病或植物壓力有關(guān)的VOC，傳感器可以提醒用戶注意特定的問題。

　　"我們的技術(shù)連續(xù)監(jiān)測植物的VOC排放，而不傷害植物，"Wei說。"我們展示的原型儲存了這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，但未來的版本將以無線方式傳輸這些數(shù)據(jù)。我們所開發(fā)的產(chǎn)品使種植者能夠在田間發(fā)現(xiàn)問題--他們不必等待從實(shí)驗(yàn)室收到測試結(jié)果。"

　　這種矩形的貼片有30毫米長，由一種含有石墨烯基傳感器和柔性銀納米線的柔性材料組成。傳感器上涂有各種化學(xué)配體，對特定的VOC的存在作出反應(yīng)，使該系統(tǒng)能夠檢測和測量植物葉片排放的氣體中的VOC。

　　研究人員在西紅柿植物上測試了該設(shè)備的一個(gè)原型。該原型被設(shè)置為監(jiān)測兩種類型的壓力：對植物的物理損害和P. infestans的感染，這是導(dǎo)致番茄晚疫病的病原體。該系統(tǒng)在一到三小時(shí)內(nèi)檢測到了與物理損害相關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)化合物變化，這取決于損害離補(bǔ)丁的位置有多近。

　　檢測P. infestans的存在需要更長時(shí)間，該技術(shù)直到研究人員給番茄植株接種后三到四天才發(fā)現(xiàn)VOC排放的變化。

　　Wei說："這并不比晚疫病的視覺癥狀的出現(xiàn)明顯快。然而，該監(jiān)測系統(tǒng)意味著種植者不必依賴檢測微小的視覺癥狀。連續(xù)監(jiān)測將使種植者能夠盡快識別植物疾病，幫助他們限制疾病的傳播。"

　　"我們的原型已經(jīng)可以高精度地檢測13種不同的植物揮發(fā)性有機(jī)化合物，允許用戶開發(fā)一個(gè)定制的傳感器陣列，專注于種植者認(rèn)為最相關(guān)的壓力和疾病，"該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系杰出教授Zhu Yong說。

　　Zhu說："同樣重要的是要注意到，這些材料的成本相當(dāng)?shù)?。如果制造?guī)模擴(kuò)大，我們認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將是負(fù)擔(dān)得起的。我們正試圖為一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的問題開發(fā)一個(gè)實(shí)用的解決方案，我們知道成本是一個(gè)重要的考慮因素。"

　　研究人員目前正在努力開發(fā)下一代貼片，可以監(jiān)測溫度、濕度和其他環(huán)境變量以及VOC。雖然原型是由電池供電并在現(xiàn)場存儲數(shù)據(jù)，但研究人員計(jì)劃未來的版本是由太陽能供電并能進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。