通过使用多功能贴片进行植物病害早期检测

北卡罗来纳州(NC)州立大学的科学家报告说，他们已经开发出一种电子贴片，可以应用于植物的叶子，以监测作物的不同病原体(例如病毒和真菌感染)以及干旱或盐度等压力。在测试中，研究人员发现该补丁能够在种植者能够检测到任何可见的疾病症状前一周多检测到西红柿中的病毒感染。

physiologymonitoring”的通讯作者。“此外，种植者越快识别出非生物胁迫，例如被盐水入侵污染的灌溉水，他们就越有能力应对相关挑战并提高作物产量。”

智慧农业潜力巨大

“可穿戴植物传感器在智能农业方面具有巨大潜力。我们报告了一种附着在下叶表面的多模式可穿戴传感器，用于通过跟踪植物及其微环境的生化和生物物理信号来连续监测植物生理学。用于检测挥发性有机化合物(VOC)、温度和湿度的传感器集成到一个平台中，”研究人员写道。

“根据气孔密度选择远轴叶附着位置，以提高传感器信号强度。这个多功能平台支持各种压力监测应用，从跟踪植物水分流失到早期检测植物病原体。还开发了一种机器学习模型来分析多通道传感器数据，以便早在接种后四天就对番茄斑萎病毒进行定量检测。该模型还评估了用于早期疾病检测的不同传感器组合，并预测至少需要三个传感器，包括VOC传感器。”

该技术建立在之前的原型贴片之上，通过监测植物排放的挥发性有机化合物来检测植物病害。植物在不同情况下会释放出不同的VOC组合。通过针对与特定疾病或植物胁迫相关的VOC，传感器可以提醒用户注意特定问题。

“新贴片包含额外的传感器，使它们能够监测温度、环境湿度以及植物通过叶子‘呼出’的水分含量，”该论文的共同通讯作者YongZhu博士和AndrewA说。.北卡罗来纳州立大学亚当斯机械与航空航天工程特聘教授。

补丁很小

贴片本身很小——只有30毫米长——由含有传感器和基于银纳米线的电极的柔性材料组成。这些斑块被放置在叶子的下面，那里有更高密度的气孔(允许植物通过与环境交换气体来“呼吸”的气孔)。

研究人员在温室中的番茄植株上测试了新贴片，并试验了包含不同传感器组合的贴片。番茄植株感染了三种不同的病原体：番茄斑萎病毒(TSWV);早疫病，这是一种真菌感染;和晚疫病，这是一种称为卵菌的病原体。这些植物还暴露于各种非生物胁迫，例如过度浇水、干旱条件、光照不足和水中的高盐浓度。

研究人员从这些实验中获取数据并将其输入人工智能程序，以确定哪些传感器组合最有效地识别疾病和非生物胁迫。

研究人员表示，他们距离种植者可以使用的补丁还有两步之遥。首先，他们需要使贴片无线化，并且需要在温室外的田间测试贴片，以确保贴片能够在真实条件下发挥作用。

“我们目前正在寻找工业和农业合作伙伴来帮助我们推进这项技术的开发和测试，”朱说。“这可能是一项重大进步，可以帮助种植者防止小问题变成大问题，并帮助我们以有意义的方式应对粮食安全挑战。”

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