别再等植物“生病”才发现!科学家放大招,能提前“看穿”危机

曦照认知 2025-03-20 08:32:44

你知道吗?当植物遭遇虫害、干旱或者病害侵袭时,它们会发出“求救信号”,只不过这些信号人眼很难察觉。现在,一项超厉害的科研成果给植物保护带来了大改变!科学家研发出了一种超小的可穿戴传感器,只要把它贴在植物叶子上,就能在植物外表还没出现明显受损迹象时,提前检测到植物所承受的压力。

这种传感器主要是通过测量植物叶子里过氧化氢的含量来判断植物是否有压力。过氧化氢可是个关键指标,当植物感到压力时,它内部正常的生化过程就会被打乱,从而产生过氧化氢。这不仅是植物发出的“求救信号”,还能启动植物自身的防御机制。能早点发现这种化学变化,不管是农民伯伯,还是在家里摆弄花草的园艺爱好者,都能及时采取措施,让植物更健康,农作物的产量也能提高。

以前检测过氧化氢的方法都很麻烦,要么得采集叶子样本,要么要经过好多处理步骤,还有的外部探测器依赖荧光检测,但植物里的叶绿素会捣乱,让检测变得更复杂。之前研究的植物可穿戴设备,大多是通过监测叶子含水量来判断植物健康状况,不够直接。这次,梁东和他的团队另辟蹊径,研发出了一款独立式的传感器贴片。这个贴片可厉害啦,能快速又精准地检测出活植物里过氧化氢的含量,监测植物压力变得更简单、更有效。

研究人员为了让贴片能稳稳地贴在叶子背面,在一个柔软的基底上制作了一排微小的塑料针。然后在这个有特殊图案的表面涂上一种基于壳聚糖的水凝胶混合物,它能把过氧化氢的微小变化转化为可测量的电流变化。这种混合物里还有一种酶,能和过氧化氢发生反应产生电子,还原氧化石墨烯又能把这些电子传导通过传感器。

为了看看这个贴片好不好用,研究人员在健康的大豆和烟草植株,还有感染了病菌的植株上进行了测试。结果发现,感染了番茄致病变种丁香假单胞菌的大豆和烟草植株,有压力的叶子上,传感器产生的电流比健康叶子上的大,而且电流大小和过氧化氢的含量直接相关。传感器对过氧化氢的测量结果很准确,经过传统实验室分析验证过。更棒的是,大约1分钟就能测出叶子里的过氧化氢含量,而且比之前的针状传感器检测到的含量更低。这个贴片还能重复使用9次,直到那些微小的针变形才不能用。

对农民来说,这项新技术可太实用了!它能让农民快速获得有用信息,更好地管理农作物。梁东说:“每次检测不到1分钟,成本还不到1美元。这个突破能大大简化分析过程,让农民用这个贴片

参考资料:DOI: 10.1021/acssensors.4c02645

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曦照认知

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