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智能手机可检测晚疫病,农作物健康有保障

作者:李薇羽 2019-08-12 15:39

仅仅通过一个基于智能手机的传感器,就可以从番茄叶子上检测出晚疫病。晚疫病是一种常见的植物病害,在番茄和土豆中时有发生,其破坏力巨大,能够消灭整片土地的作物。晚疫病由真菌样病原体引起,首先会在叶子、茎、果实或块茎上出现黑色或棕色病变。如果条件适宜,它还可以通过潮湿的土壤和风散孢子迅速传播到其他植物身上。

 

在19世纪中期,晚疫病引起了著名的爱尔兰马铃薯饥荒。今天,这种病害每年仍给全球带来超过67亿美元的损失。小型农场和有机种植者往往是受害最严重的,因为他们没有多少资源来识别和治疗这种疾病。

 

但如今,农民们有了一种新的武器来充实他们的“军火库”。这项由北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员设计的技术,基于微妙的植物气味科学,它可以通过一个插入智能手机读卡器的简单测试带,及早识别生病的植物。

 

植物从叶子中释放出信号化学物质,就像人类释放的信息素一样。“如果植物患病,这些挥发性有机化合物的类型和浓度就会发生变化,”北卡罗来纳州立大学(NC State University)生物分子工程师魏青山(音译)说。魏博士说,通过对一种植物的排放情况进行采样,农民可以评估他们的作物样本是否受到了感染。

 

如果农民怀疑晚疫病正在作物中散播,他们可以从活的植物上取下一片叶子,把它放在一个有盖的小玻璃瓶里。在叶子的挥发性化合物积累15分钟左右后,取下盖子,把罐子中的空气抽到一个连接在智能手机背面的阅读器里。

 

智能手机读卡器的内部是一张经过有机染料和纳米颗粒传感器特殊处理的纸条。当与植物的挥发性化合物相互作用时,条带会改变颜色,以表明病原体的存在或不存在。

 

在概念验证测试中,魏博士和他的团队发现,这项技术可以准确地检测10种不同植物气味分子的变化,而这些变化发生在植物接种了导致晚疫病的病原体两天之后,甚至在其发生肉眼可见的性状之前。研究小组的研究结果发表在了《自然植物》杂志上。

 

该测试还可以区分晚期枯萎病感染和其他类似的番茄疾病,如叶斑病和导致“早期枯萎病”的真菌。

 

目前,如果农民不能通过眼睛识别疾病的发生,他们必须将叶子样本送到专门的实验室。这样做成本更高,而且会推迟疾病的识别,增加病原体传播的几率。

 

“我们的技术使用的是农民口袋里已经有的工具——智能手机,”魏博士说。

 

魏博士估计,该团队的阅读器原型在实验室的制造成本约为60美元。研究人员使用3d打印机制作了一个阅读器墨盒,可以放在智能手机的背面,让植物的气味在一个无泄漏的空间里与试纸互动。魏博士说,这些试纸必须设计有传感器和染料,能够在很长一段时间内保持稳定,而且每条试纸的成本只有几美分。

 

其他研究小组已经开发出便携式芯片实验室设备,可以进行类似的病原体测试。但很少有像这种基于智能手机的新技术这么简单或成本效益这么高的。他的团队计划在寻找制造合作伙伴之前进行更多的实地测试。

 

研究小组希望为其他作物病原体定制这种技术,因为随着气候变化和全球贸易增加对农业系统的压力,植物中的病原体层出不穷。魏博士说:“这是改善全球粮食安全的重要一步。


文章来源:A New Way to Fight Crop Diseases, With a Smartphone

图片来源:https://www.stockvault.net/free-photos/late+blight/

注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。

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