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新型手机传感器可有效监测农作物病害

前沿科技

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2019-07-31 11:17:42

美国开发智能手机传感器 检测微生物侵染植株 帮助对抗具有破坏性的作物病害

高智导读:日前,美国北卡罗来纳州立大学的魏青山及其同事开发了一款传感器,可以在番茄植株染病后的两天内检测出晚疫病。未来,该系统将能以新方式及时发现病菌,帮助对抗具有破坏性的作物病害。

日前,美国北卡罗来纳州立大学的魏青山及其同事开发了一款传感器,可以在番茄植株染病后的两天内检测出晚疫病。未来,该系统将能以新方式及时发现病菌,帮助对抗具有破坏性的作物病害。

  我们知道,农作物通过叶子上的气孔呼吸,它们会向空气中释放各种挥发性有机化合物(VOCs)。现在,一种新的智能手机连接设备可以在几分钟内分析出这些化学物质并检测识别可能出现的任何疾病。

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新型智能手机传感器,资料图

  7月29日,英国《自然·植物》杂志在线发表的一项研究,描述了一款可检测微生物侵染植株的智能手机传感器。该系统在未来应用中将能以新方式及时发现病菌,帮助对抗具有破坏性的作物病害。

  植物病害中的晚疫病,由名为致病疫霉的微生物引起,感染这种病菌的植株在整个生育期均可发病。对重要的经济作物番茄和马铃薯来说,该病菌会快速侵染植株,不加治理的病株几天内即死亡。如果天气条件适宜,病菌还会快速扩散,导致病害流行。最值得注意的是,致病疫霉曾导致了19世纪的爱尔兰大饥荒,也就是马铃薯饥荒,让当时的爱尔兰人口锐减了近四分之一。

  此次,美国北卡罗来纳州立大学的魏青山及其同事开发了一款传感器,可以在番茄植株染病后的两天内检测出晚疫病。据悉,这款由北卡罗莱纳州立大学科学家们开发的手机,被设计成需要安装在农民的智能手机上,具体来说,是在相机镜头的上方。

  他们使用的化学修饰金纳米粒子,会与病株叶片释放的挥发性有机化合物发生反应,而手机摄像头能捕捉这种反应引起的颜色变化。在一次盲测中,该装置对晚疫病的检测准确度高达95%。

  首先,农民需要从有问题的植物上摘下一片叶子,然后把它放在一个试管里,试管随后需要被密封至少15分钟,这给了叶子充足的时间来释放VOCs。接下来,拿掉试管的盖子,然后用一根很细的塑料管,将试管中积累的化学气体泵入传感器内的一个腔室里。

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手机摄像头会拍摄试剂变色后形成的斑点,并在屏幕上显示出来。资料图

  据了解,在这个测试室内有一条含有一些嵌入试剂的测试纸带,当暴露在某些VOCs下时,这些试剂就会发生变色反应。其中一些试剂由现成的染料组成,另一些则包含了特制的金纳米颗粒。手机的摄像头则会拍摄这些斑点,并在屏幕上显示出来。

  研究团队发现,这一技术可在肉眼看到症状前就检测出晚疫病,从而尽早采取行动防止病害传播。研究人员认为,如果与不同的比色法指示剂结合使用,该技术还将能用于检测其他的植物病害。

  到目前为止,这套装置已经成功识别出10种不同浓度的VOCs。不过,目前的分析工作必须要将植物样品送到实验室并且可能要等几天甚至几周才行。

  植物病害一般会造成约20%至40%的产量损失,因为植物会在生物或非生物因子的影响下,发生一系列形态、生理和生化上的病理变化,从而阻碍正常生长、发育的进程,最终影响人类经济效益。

(来源:传感器专家网)

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