附着于叶片的贴片可监测作物疾病和环境压力因素

我们可能离利用技术确保高产、无病的作物更近了一步，这要归功于一种多功能电子贴片的开发，它被植物"穿"在叶片上，实时监测病原体和环境压力因素的存在。

植物病害每年导致约20%至40%的农作物损失，不仅导致粮食产量减少，而且导致物种多样性减少，更不用说疾病控制的成本。据联合国粮食及农业组织估计，2030年将有近6.7亿人（占世界人口的8%）营养不良。

智能农业，即利用创新技术提供有关水、土壤类型和疾病等重要因素的信息，作为确保全球粮食安全的一种手段已经获得关注。

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能够提供实时、无创监测的植物穿戴式传感器并不是一个新事物。但现有的传感器能监测的范围有限，灵敏度低，而且不能发现特定的疾病。

考虑到保持作物健康的重要性，北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种更先进的电子贴片，直接放在植物的叶子上，监测病原体感染和环境压力。

这种贴片很小--只有1.2英寸（30毫米）长--由一种含有传感器和银纳米线电极的柔性材料制成。它们被放置在植物的叶子下面，那里有更多的气孔，即让植物"呼吸"的孔。这些贴片是早期版本的升级版，通过测量挥发性有机化合物来检测植物疾病。

该研究的共同通讯作者朱勇说："新的贴片集成了额外的传感器，使它们能够监测温度、环境湿度以及植物通过其叶片"呼出"的水分数量。"

为了测试他们的新补丁，研究人员转向了不起眼的西红柿，这是消费最广泛的农产品之一。茄科植物容易受到许多病原体的影响，包括真菌、病毒和细菌，这些病原体会大大降低作物产量和水果质量。

温室中的番茄植株感染了三种病原体：番茄斑萎病毒（TSWV）；早疫病，一种真菌感染；以及晚疫病，由一种叫做卵菌的真菌类病原体引起。这些植物还被暴露在非生物（非生活）压力下，如过度浇水、干旱、缺乏光照和高盐度。

这项研究的共同通讯作者魏青山说："这很重要，因为种植者越早发现疾病或真菌感染，他们就越有能力限制疾病的传播并保护他们的作物。此外，种植者越能快速识别非生物压力，如被盐水入侵污染的灌溉水，他们将能更好地应对相关挑战并提高作物产量。"

在试验了各种传感器的组合后，研究人员使用机器学习模型分析了他们的数据，以确定何种组合能更有效地识别疾病和压力。该模型证实，要做到最有效，至少需要三个传感器。

"我们检测所有这些挑战的结果是全面的，"魏青山说。"例如，我们发现，在一个补丁上使用三个传感器的组合，我们能够在植物首次被感染后四天检测到TSWV。这是一个重要的优势，因为西红柿通常在10到14天内不会显现感染TSWV的任何症状"。

研究人员说，他们接近于创造一个作物种植者可以使用的补丁。他们打算制作无线贴片，然后在温室外的田间进行测试，以确保它们在真实世界的条件下发挥作用。

朱勇说："我们目前正在寻找工业和农业合作伙伴，帮助我们推进这项技术的开发和测试。"这可能是一个重大的进步，帮助种植者防止小问题变成大问题，并帮助我们以一种有意义的方式解决粮食安全挑战。"

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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