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- 微創(chuàng)傳感器可檢測(cè)植物所受脅迫,保障植物安全
- 來(lái)源:阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué) 發(fā)表于 2025/7/28
一種安裝在葉片上的傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量植物激素水平,為了解植物健康狀況提供線索,并有望用于農(nóng)業(yè)中疾病或脅迫的早期檢測(cè)。圖片來(lái)源:2025 年阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)。
一種能夠以最小損傷精確且實(shí)時(shí)測(cè)量植物激素濃度的傳感器,有助于揭示激素如何影響植物對(duì)疾病和脅迫的反應(yīng)。經(jīng)過進(jìn)一步開發(fā),它還可能成為農(nóng)業(yè)工具包的一部分,用于疾病或脅迫的早期檢測(cè),使農(nóng)民能夠在作物遭受大面積損害前進(jìn)行干預(yù)。
一篇描述這項(xiàng)技術(shù)的論文發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
植物激素調(diào)控著植物生命周期的關(guān)鍵方面,包括生長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。在這項(xiàng)研究中,阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究人員重點(diǎn)關(guān)注了兩種與脅迫和疾病反應(yīng)相關(guān)的激素:水楊酸和生長(zhǎng)素。
現(xiàn)有的測(cè)量這些激素及其他激素濃度的技術(shù)依賴于基因工程或破壞性取樣,且不能輕易用于非模式植物。雖然這些技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室研究中很有效,但對(duì)于農(nóng)業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō),它們既費(fèi)力又昂貴。此外,這些技術(shù)只能提供某一時(shí)刻的單一數(shù)據(jù),而無(wú)法實(shí)現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測(cè)。
這種新型傳感器克服了這些問題。它是一種電化學(xué)傳感器,基于電氧化電流的變化來(lái)檢測(cè)生長(zhǎng)素和水楊酸的濃度。
電極被放置在葉片表面,微針則刺入葉片的外表面。鉑微針上涂有碳納米管和磁鐵礦的基質(zhì),形成一個(gè)可以與生長(zhǎng)素和水楊酸結(jié)合的復(fù)雜表面。
當(dāng)在電極兩端施加電壓時(shí),電子會(huì)從激素轉(zhuǎn)移到微針上。傳感器通過測(cè)量電子的轉(zhuǎn)移(即電流)來(lái)確定激素的濃度。
研究人員表明,該傳感器能夠在煙草和擬南芥植物中分別或同時(shí)測(cè)量生長(zhǎng)素和水楊酸。與其他檢測(cè)方法不同,該傳感器還可用于非模式植物,這使其成為農(nóng)業(yè)田間應(yīng)用的一種很有前景的工具。
測(cè)量水楊酸和生長(zhǎng)素的水平可以表明植物是否在應(yīng)對(duì)脅迫或抵抗疾病。
“這項(xiàng)技術(shù)可以與其他元素結(jié)合,例如將哨兵植物進(jìn)行基因改造,使其對(duì)特定類型的脅迫更敏感,” 該研究的負(fù)責(zé)人阿卜杜拉・布克漢辛解釋道。
“這是植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)令人興奮的進(jìn)展,” 該研究的資深作者哈立德・薩拉馬說(shuō),“能夠在不傷害植物的情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物脅迫,為我們了解它們?cè)趷毫訔l件下的反應(yīng)打開了一扇窗!
“這對(duì)于像沙特阿拉伯這樣的國(guó)家來(lái)說(shuō)尤為重要,在那里,極端高溫和水資源有限對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō)是一大挑戰(zhàn)。這樣的工具有助于提高沙特阿拉伯乃至全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性和抗風(fēng)險(xiǎn)能力!
在這項(xiàng)技術(shù)投入田間使用之前,仍有一些障礙需要克服。需要通過反復(fù)測(cè)量來(lái)跟蹤一段時(shí)間內(nèi)的激素水平,但隨著電極上物質(zhì)的積累,傳感器的有效性會(huì)下降。研究人員引入了一種電化學(xué)清潔方法,顯著延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命,但布克漢辛表示,這還不足以滿足田間使用的需求。
“目前,它是一種很棒的研究工具。我們的目標(biāo)是對(duì)其進(jìn)行改造,使其能用于農(nóng)場(chǎng),” 布克漢辛說(shuō),“農(nóng)民可以部署它,檢測(cè)脅迫,了解植物的狀況,并及早進(jìn)行干預(yù)。例如,如果發(fā)生了某種疾病,他們可以盡早發(fā)現(xiàn),在病原體擴(kuò)散之前采取行動(dòng)。這將減少需要處理的區(qū)域,并有助于減輕商業(yè)損失和產(chǎn)量損失。”
更多信息:阿卜杜拉・H・布克漢辛等人,《吲哚和苯酚衍生植物激素的體內(nèi)動(dòng)態(tài):長(zhǎng)期、連續(xù)、微創(chuàng)的植物激素傳感器》,《科學(xué)進(jìn)展》(2025 年)。DOI: 10.1126/sciadv.ads8733
期刊信息:《科學(xué)進(jìn)展》
提供者:阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)
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