科学探索|为植物设计的补丁可以实现对作物压力和病害的连续监测为植物设计的补丁可以实现对

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种植物可以"穿戴"的贴片，以持续监测植物疾病或其他压力，如作物损害或极端高温。"我们创造了一种可穿戴的传感器，通过测量植物排放的挥发性有机化合物（VOCs），以非侵入性的方式监测植物的压力和疾病，"关于这项工作的一篇论文的共同通讯作者Qingshan Wei说。Wei是北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系的一名助理教授。
目前测试植物压力或疾病的方法包括采集植物组织样本并在实验室进行检测。然而，这只能给种植者提供一个测量结果，而且在种植者取样和得到测试结果之间存在一个时间差。

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植物在不同的情况下会排放不同的VOC组合。通过锁定与特定疾病或植物压力有关的VOC，传感器可以提醒用户注意特定的问题。
"我们的技术连续监测植物的VOC排放，而不伤害植物，"Wei说。"我们展示的原型储存了这些监测数据，但未来的版本将以无线方式传输这些数据。我们所开发的产品使种植者能够在田间发现问题--他们不必等待从实验室收到测试结果。"
这种矩形的贴片有30毫米长，由一种含有石墨烯基传感器和柔性银纳米线的柔性材料组成。传感器上涂有各种化学配体，对特定的VOC的存在作出反应，使该系统能够检测和测量植物叶片排放的气体中的VOC 。
研究人员在西红柿植物上测试了该设备的一个原型。该原型被设置为监测两种类型的压力：对植物的物理损害和P. infestans的感染，这是导致番茄晚疫病的病原体。该系统在一到三小时内检测到了与物理损害相关的挥发性有机化合物变化，这取决于损害离补丁的位置有多近。
【科学探索|为植物设计的补丁可以实现对作物压力和病害的连续监测】检测P. infestans的存在需要更长时间，该技术直到研究人员给番茄植株接种后三到四天才发现VOC排放的变化。
Wei说："这并不比晚疫病的视觉症状的出现明显快。然而，该监测系统意味着种植者不必依赖检测微小的视觉症状。连续监测将使种植者能够尽快识别植物疾病，帮助他们限制疾病的传播。"
"我们的原型已经可以高精度地检测13种不同的植物挥发性有机化合物，允许用户开发一个定制的传感器阵列，专注于种植者认为最相关的压力和疾病，"该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系杰出教授Zhu Yong说。
Zhu说："同样重要的是要注意到，这些材料的成本相当低。如果制造规模扩大，我们认为这项技术将是负担得起的。我们正试图为一个现实世界的问题开发一个实用的解决方案，我们知道成本是一个重要的考虑因素。"
研究人员目前正在努力开发下一代贴片，可以监测温度、湿度和其他环境变量以及VOC 。虽然原型是由电池供电并在现场存储数据，但研究人员计划未来的版本是由太阳能供电并能进行无线数据传输。