Plant Patch可连续监测作物压力和疾病

补丁监测作物植物

北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种植物可以佩戴的贴片,用于连续监测植物疾病或其他压力,如作物受损或酷热。学分:魏青山,北卡罗来纳州立大学

研究人员北卡罗来纳州立大学已经开发出一种植物可以“佩戴”的贴片,用于连续监测植物疾病或其他压力,如作物受损或酷热。

“我们发明了一种可穿戴式传感器,通过测量植物释放的挥发性有机化合物(VOCs)以无创方式监测植物的压力和疾病,”该研究论文的合著者魏青山说。魏是北卡罗来纳州化学和生物分子工程助理教授。

目前测试植物胁迫或疾病的方法包括采集植物组织样本并在实验室进行分析。然而,这只给种植者一次测量,种植者采集样本和获得测试结果之间存在时间差。

植物在不同的环境下释放出不同的挥发性有机化合物组合。通过针对与特定疾病或植物胁迫相关的挥发性有机化合物,传感器可以提醒用户特定问题。

“我们的技术持续监测工厂的挥发性有机化合物排放,而不会对工厂造成伤害,”魏说。“我们演示的原型存储了这些监测数据,但未来的版本将以无线方式传输数据。我们开发的产品可以让种植者在田间识别问题——他们不必等待实验室的测试结果。”

矩形贴片长30毫米,由含有柔性材料组成石墨烯基于传感器和柔性银纳米线。传感器涂有各种化学配体,可响应特定VOC的存在,允许系统检测和测量由植物叶子发出的气体中的VOC。

研究人员在番茄植物上测试了该装置的原型。建立原型以监测两种类型的压力:对植物的物理损害和P. infestans感染,病原体导致番茄中枯萎病的病原体。根据损坏到贴片部位的封闭式,系统检测到与物理损坏相关的VOC变化。

检测P. Infestans的存在需要更长时间。该技术在研究人员接种番茄植物后,该技术并没有达到VOC排放的变化。

“这并不明显比晚期枯萎病的视觉症状的外观更快,”魏说。“然而,监测系统意味着种植者不必依赖检测分钟视觉症状。连续监测将使种植者尽可能快地识别植物疾病,帮助他们限制疾病的传播。“

“我们的原型可以通过高度检测13种不同的植物VOC准确性,允许用户开发定制的传感器阵列,专注于种植者认为最相关的压力和疾病,“纸张和安德鲁A.亚当斯杰出的机械和航空航天工程教授状态。

“这也很重要的是要注意,这些材料成本相当低,”朱说。“如果制造业被缩放,我们认为这项技术是价格实惠的。我们正试图为真实世界问题开发实际解决方案,我们知道成本是一个重要的考虑因素。“

研究人员目前正在开发下一代贴片,可以监测温度、湿度和其他环境变量以及挥发性有机化合物。虽然原型由电池供电,并在现场存储数据,但研究人员计划在未来的版本中使用太阳能,并能够进行无线数据传输。

参考文献:“通过叶挥发性的叶挥发性的植物压力的实时监测是通过郑李,玉迅刘,柚子·赫索,拉贾渊·保罗,山山瑶族,双武,让B. ristaino,永朱和青山威7月7日7月7日,事情
DOI:10.1016 / J.Matt.2021.06.009

本文的第一款作者是郑丽,这是一个前邮政编码的国家秘书处,现在是深圳大学助理教授,玉轩李,博士学位。在NC状态的学生。本文由Jean Ristaino,William Neal Reynolds杰出植物病理学教授在NC州德国州德国队合作;oindrila hossain,rajesh paul和shuang wu,谁是博士。学生在NC州;山山瑶族,这是NC国家的前博士,现在是Stony Brook University的助理教授。

这项工作是在北卡罗来纳州校长的卓越教师计划的支持下完成的;基南工程技术与科学研究所;北卡罗来纳州植物科学计划(GRIP4PSI)的改变游戏规则的研究激励计划;美国农业部授予的北卡罗来纳州人类健康与环境中心试点项目奖,编号2019-67030-29311;美国农业部APHIS农业法案批准号3.0096;和国家科学基金会,根据授予1728370。

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