חיישן צמח לביש: מהנדסי NCSU מתכננים תיקון למעקב אחר מחלות, גורמי דחק אחרים

ראלי - חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט פיתחו מדבקה שצמחים יכולים "ללבוש" כדי לנטר באופן רציף אחר מחלות צמחים או מתחים אחרים, כגון נזק ליבול או חום קיצוני.

"יצרנו חיישן לביש המנטר את הלחץ והמחלות של צמחים בצורה לא פולשנית על ידי מדידת התרכובות האורגניות הנדיפות (VOCs) הנפלטות על ידי צמחים", אומר צ'ינגשאן ווי, מחבר שותף של מאמר על העבודה. ווי הוא עוזר פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית במדינת NC.

שיטות נוכחיות לבדיקת מתח או מחלות צמחים כוללות נטילת דגימות רקמות צמחיות וביצוע בדיקה במעבדה. עם זאת, זה נותן למגדלים מדידה אחת בלבד, ויש פער זמן בין נטילת הדגימה של המגדלים לבין קבלת תוצאות הבדיקה.

צמחים פולטים שילובים שונים של VOC בנסיבות שונות. על ידי מיקוד ל-VOC הרלוונטיים למחלות ספציפיות או ללחץ צמחי, החיישנים יכולים להתריע בפני משתמשים על בעיות ספציפיות.

"הטכנולוגיה שלנו עוקבת אחר פליטת VOC מהמפעל ברציפות, מבלי לפגוע במפעל", אומר ווי. "אב הטיפוס שהדגמנו מאחסן את נתוני הניטור האלה, אבל גרסאות עתידיות ישדרו את הנתונים באופן אלחוטי. מה שפיתחנו מאפשר למגדלים לזהות בעיות בשטח - הם לא יצטרכו לחכות כדי לקבל תוצאות בדיקה ממעבדה".

הטלאים המלבניים הם באורך 30 מילימטר ומורכבים מחומר גמיש המכיל חיישנים מבוססי גרפן וננו-חוטי כסף גמישים. החיישנים מצופים בליגנים כימיים שונים המגיבים לנוכחות VOC ספציפיים, ומאפשרים למערכת לזהות ולמדוד VOC בגזים הנפלטים מעלי הצמח.

החוקרים בדקו אב טיפוס של המכשיר על צמחי עגבניות. אב הטיפוס הוקם כדי לנטר שני סוגי מתח: נזק פיזי לצמח והדבקה על ידי P. infestans, הפתוגן הגורם למחלת דלקת מאוחרת בעגבניות. המערכת זיהתה שינויים ב-VOC הקשורים לנזק הפיזי בתוך שעה עד שלוש שעות, תלוי עד כמה היה הנזק קרוב למקום התיקון.

זיהוי נוכחות של P. infestans לקח יותר זמן. הטכנולוגיה לא קלטה שינויים בפליטת VOC עד שלושה עד ארבעה ימים לאחר שהחוקרים חיסנו את צמחי העגבניות.

"זה לא מהיר יותר באופן ניכר מהופעה של תסמינים חזותיים של מחלת דלקת מאוחרת", אומר ווי. "עם זאת, מערכת הניטור פירושה שהמגדלים לא צריכים להסתמך על זיהוי תסמינים חזותיים זעירים. ניטור רציף יאפשר למגדלים לזהות מחלות צמחים במהירות האפשרית, ויעזור להם להגביל את התפשטות המחלה".

"אבות הטיפוס שלנו כבר יכולים לזהות 13 VOCs שונים של צמחים ברמת דיוק גבוהה, מה שמאפשר למשתמשים לפתח מערך חיישנים מותאם אישית המתמקד בלחצים ובמחלות שלדעת המגדל הם הרלוונטיים ביותר", אומר יונג ג'ו, מחבר המאמר והכתב. אנדרו א. אדמס פרופסור מכובד להנדסת מכונות וחלל במדינת NC.

"חשוב גם לציין שהחומרים בעלות נמוכה למדי", אומר ג'ו. "אם הייצור היה מוגדל, אנחנו חושבים שהטכנולוגיה הזו תהיה משתלמת. אנחנו מנסים לפתח פתרון מעשי לבעיה בעולם האמיתי, ואנחנו יודעים שהעלות היא שיקול חשוב".

החוקרים עובדים כעת על פיתוח תיקון מהדור הבא שיכול לנטר טמפרטורה, לחות ומשתנים סביבתיים אחרים, כמו גם VOCs. ובעוד אבות הטיפוס היו מונעים על ידי סוללה ואוחסנו את הנתונים באתר, החוקרים מתכננים שגרסאות עתידיות יהיו מופעלות באמצעות אנרגיה סולארית ומסוגלות להעברת נתונים אלחוטית.

הנייר, "ניטור בזמן אמת של מתחי צמחים באמצעות פרופיל כימי-התנגדות של חומרים נדיפים עלים על ידי חיישן לביש", מתפרסם בכתב העת חוֹמֶר. הכותבים הראשונים של המאמר הם ג'נג לי, פוסט-דוקטורט לשעבר ב-NC State שכיום הוא עוזר פרופסור באוניברסיטת שנזן, ויוקסואן לי, דוקטורט. סטודנט במדינת NC. המאמר נכתב במשותף על ידי ז'אן ריסטינו, פרופסור נכבד לפתולוגיה של צמחים וויליאם ניל ריינולדס במדינת NC; Oindrila Hossein, Rajesh Paul ו-Shuang Wu, שהם Ph.D. סטודנטים במדינת NC; ושאנשן יאו, פוסט דוקטורט לשעבר ב-NC State שכיום הוא עוזר פרופסור באוניברסיטת סטוני ברוק.

העבודה נעשתה בתמיכת תוכנית המצוינות של הפקולטה של קנצלרית מדינת NC; מכון קינן להנדסה טכנולוגיה ומדע; תוכנית התמריצים למחקר משנה משחק של מדינת NC עבור יוזמת מדעי הצמח (GRIP4PSI); פרס פרויקט הפיילוט של מרכז NC State לבריאות האדם והסביבה ממשרד החקלאות האמריקאי, מספר 2019-67030-29311; מענק חוק החווה APHIS של USDA מספר 3.0096; והקרן הלאומית למדע, תחת מענק 1728370.

(ג) NCSU

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire