2019-07-30 00:03:01
用智能手机发现番茄枯萎病

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北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了便携式技术,使农民能够识别田间的植物病害。手持设备插入智能手机,通过对植物通过叶子释放的空气中挥发性有机化合物(VOC)进行取样。

“当植物患病时,所有植物都释放挥发性有机化合物,但这些挥发性有机化合物的类型和浓度在植物病变时会发生变化,”化学和生物分子工程助理教授,关于这项工作的论文的相应作者魏青山说。 “每种疾病都有自己的VOC特征。因此,通过测量植物释放的挥发性有机化合物的类型和浓度,您可以确定植物是否患病,以及 - 如果它患病 - 它患有哪种疾病。

“我们在这里的贡献是创造了一种可以插入智能手机并用于在现场快速进行VOC测量的设备,”Wei说,他也是北卡罗来纳州新兴植物疾病和全球食品安全集群的教员。 。

目前的疾病鉴定技术依赖于分子检测,这需要数小时才能完成,最重要的是必须在实验室中完成。将样品送到实验室,样品可能需要等待测试,可以将疾病识别延迟数天或数周。

“我们的技术将帮助农民更快地识别疾病,因此他们可以限制疾病的传播和相关的作物损害,”该国论文和导演的共同作者,北卡罗来纳州植物病理学的William Neal Reynolds杰出教授Jean Ristaino说。集群“我们现在准备扩大技术规模。”

以下是该技术的工作原理。如果农民怀疑植物可能患病,他或她可以从相关植物中取出叶子并将其放入试管中。然后将试管盖上盖子至少15分钟以使相关的VOC积聚。在此孵化期后,取下盖子,农民使用窄的塑料管将含有VOC的空气泵入连接到智能手机的“读取器”装置。

空气被泵入包含纸带的阅读器的腔室中。该纸内嵌有一系列化学试剂,当它们与特定化学基团接触时会改变颜色。通过评估条带上产生的颜色模式,用户可以确定可能影响植物的任何植物疾病的性质。

“为了使这项技术发挥作用,我们必须开发可以嵌入纸带的试剂,”北卡罗莱纳州博士后研究员,该论文的第一作者郑力说。 “大约一半的试剂是现成的有机染料,但另一半是我们功能化以响应特定化学基团的金纳米粒子。这些功能化的纳米粒子使我们能够更精确地检测各种类型的VOC。”

“我们还必须设计和制造读卡器设备,因为市场上没有任何类似的产品,”Wei说。

在概念验证测试中,研究人员证明了该设备能够检测和分类10种植物VOC,降至百万分之几。他们能够在番茄植株接种病原体两天后检测到导致爱尔兰饥荒的晚疫病菌。研究人员还可以将番茄晚疫病与其他两种在番茄叶片上产生类似症状的重要真菌病原体区分开来。此外,研究人员表明,他们可以在番茄叶片中检测致病疫霉病原体,准确度超过95%。

“我们已经证明了这项技术的有效性,”魏说。 “有两个方面我们可以做得更好。首先,我们希望使用智能手机软件自动化模式分析,这将使农民更容易做出疾病确定。

“其次,我们设想开发定制的读取器条带,用于测量与特定作物特定的其他疾病相关的VOC。不同地区的不同作物面临不同的威胁,我们可以开发专门针对这些特定的纸带。关注。

“这种创新是北卡罗来纳州植物科学计划目标的一个组成部分,旨在开发通过跨学科科学改善粮食生产的新技术,”魏说。

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