Новости

Носимые патч-мониторы для растений на наличие болезней, факторов стресса окружающей среды

Переносные мониторы растений для обнаружения болезней и факторов окружающей среды

Мы можем стать на один шаг ближе к использованию технологий, обеспечивающих урожайность и отсутствие болезней, благодаря разработке многофункциональной электронной накладки, «носимой» растениями, которая отслеживает наличие патогенов и факторов стресса окружающей среды.

Умное сельское хозяйство, использование инновационных технологий для предоставления информации о таких важных факторах, как вода, типы почвы и болезни, стало популярным средством обеспечения глобальной продовольственной безопасности.

Болезни растений приводят к потере от 20% до 40% урожая ежегодно, что приводит не только к сокращению производства продуктов питания, но и к сокращению видового разнообразия, не говоря уже о затратах на борьбу с болезнями. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, в 2030 году от недоедания будут страдать почти 670 миллионов человек, то есть 8 % населения мира. время, неинвазивный мониторинг не является чем-то новым. Но существующие датчики ограничены в том, что они могут контролировать, имеют низкую чувствительность и не выявляют определенные заболевания.

Помня о важности поддержания здоровых культур, исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали более продвинутый датчик. электронный пластырь, который размещается непосредственно на листьях растений для мониторинга патогенных инфекций и факторов окружающей среды.

Патчи небольшие — всего 1,2 дюйма (30 мм) в длину — и сделаны из гибкого материала, содержащего датчики и электроды на основе серебряных нанопроволок. Их размещают на нижней стороне листа растения, где больше устьиц, пор, которые позволяют растению «дышать». Патчи представляют собой обновление более ранней версии, которая выявляла болезни растений путем измерения летучих органических соединений.

«Новые патчи включают в себя дополнительные датчики, позволяющие контролировать температуру, влажность окружающей среды и количество влаги, «выдыхаемой» растениями через листья», — сказал Юн Чжу, соавтор исследования.

Чтобы протестировать новый пластырь, исследователи обратились к скромному помидору, одному из самых популярных сельскохозяйственных продуктов. Растения помидоров восприимчивы ко многим патогенам, включая грибки, вирусы и бактерии, которые существенно снижают урожайность и качество плодов.

Растения томатов, размещенные в теплице, были инфицированы тремя патогенами: вирусом пятнистого увядания томатов (TSWV); ранняя гниль, грибковая инфекция; и фитофтороз, вызванный грибоподобным патогеном, называемым оомицетом. Растения также подвергались воздействию абиотических (неживых) факторов стресса, таких как чрезмерный полив, засуха, недостаток света и высокая соленость.

«Это важно, потому что чем раньше производители смогут выявить болезни или грибковые инфекции, тем лучше они смогут ограничить распространение болезней и сохранить свой урожай», — сказал Циншань Вей, соавтор исследования. «Кроме того, чем быстрее производители смогут выявлять абиотические стрессы, такие как оросительная вода, загрязненная вторжением соленой воды, тем лучше они смогут решать соответствующие проблемы и повышать урожайность».

Эксперименты с комбинацией датчики, исследователи проанализировали свои данные, используя модель машинного обучения, чтобы определить, какая комбинация более эффективна при выявлении болезни и стресса. Модель подтвердила, что для максимальной эффективности требуется как минимум три датчика.

«Наши результаты по обнаружению всех этих проблем были многообещающими по всем направлениям», — сказал Вэй. «Например, мы обнаружили, что, используя комбинацию из трех датчиков на участке, мы смогли обнаружить TSWV через четыре дня после первого заражения растений. Это значительное преимущество, поскольку помидоры обычно не проявляют никаких физических симптомов TSWV в течение 10–14 дней».

Исследователи говорят, что они близки к созданию участка, который могут использовать производители сельскохозяйственных культур. Они намерены сделать патчи беспроводными, а затем протестировать их в полевых условиях, за пределами теплицы, чтобы убедиться, что они работают в реальных условиях.

«В настоящее время мы ищем партнеров из промышленности и сельского хозяйства, чтобы помочь мы продвигаемся вперед в разработке и тестировании этой технологии», — сказал Чжу. «Это может стать значительным шагом вперед, чтобы помочь производителям предотвратить превращение небольших проблем в большие, а также помочь нам решить проблемы продовольственной безопасности осмысленным образом».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances. .

Источник

Нажмите, чтобы оценить статью
[Итого: 1 Среднее значение: 5]

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»