Може да сме една крачка по-близо до използването на технология за осигуряване на продуктивни култури без болести, благодарение на разработването на многофункционален електронен пластир, „носен“ от растенията, който следи за наличието на патогени и фактори на околната среда.
Интелигентното земеделие, използването на иновативна технология за предоставяне на информация за важни фактори като вода, типове почви и болести, придоби популярност като средство за гарантиране на глобалната продоволствена сигурност.
Болестите по растенията водят до загуба на около 20% до 40% от културите годишно, което води не само до намаляване на производството на храни, но и до видовото разнообразие, да не говорим за разходите за контрол на болестите. Според Организацията по прехрана и земеделие към Обединените нациисе изчислява, че близо 670 милиона души – това е 8% от населението на света – ще бъдат недохранени през 2030 г.
Носените от растения сензори, способни да осигурят неинвазивен мониторинг в реално време, не са нещо ново. Но съществуващите сензори са ограничени в това, което могат да наблюдават, имат слаба чувствителност и не улавят конкретни заболявания.
Имайки предвид важността на поддържането на здрави култури, изследователи от Държавния университет на Северна Каролина разработиха по-усъвършенстван електронен пластир, който се поставя директно върху листата на растенията, за да следи за патогенни инфекции и фактори на околната среда.
Пластирите са малки – само 1,2 инча (30 mm) дълги – и са направени от гъвкав материал, съдържащ сензори и електроди на базата на сребърна наножица. Те се поставят от долната страна на листата на растението, където има повече устица, порите, които позволяват на растението да „диша“. Пластирите са надстройка на по-ранна версия, която открива болести по растенията чрез измерване на летливи органични съединения.
„Новите пластири включват допълнителни сензори, които им позволяват да наблюдават температурата, влажността на околната среда и количеството влага, което се „издишва“ от растенията през техните листа“, каза Йонг Джу, съавтор на изследването.
За да тестват новия си пластир, изследователите се обърнаха към скромния домат, един от най-широко консумираните селскостопански продукти. Доматените растения са податливи на много патогени, включително гъбички, вируси и бактерии, които значително намаляват добивите и качеството на плодовете.
Доматените растения, настанени в оранжерия, бяха заразени с три патогена: вирус на петнисто увяхване на доматите (TSWV); ранна мана, гъбична инфекция; и късна болест, причинена от подобен на гъбички патоген, наречен оомицет. Растенията също са били изложени на абиотични (неживи) стресови фактори като преполиване, суша, липса на светлина и висока соленост.
„Това е важно, защото колкото по-рано производителите могат да идентифицират болести или гъбични инфекции, толкова по-способни ще бъдат да ограничат разпространението на болестта и да запазят реколтата си“, каза Qingshan Wei, съавтор на изследването. „Освен това, колкото по-бързо производителите могат да идентифицират абиотичния стрес, като например вода за напояване, замърсена от навлизане на солена вода, толкова по-добре ще могат да се справят със съответните предизвикателства и да подобрят добива.“
Експериментирайки с комбинация от сензори, изследователите анализираха данните си, използвайки модел на машинно обучение, за да определят коя комбинация е по-ефективна при идентифициране на болест и стрес. Моделът потвърди, че за да бъде най-ефективен, са необходими поне три сензора.
„Резултатите ни за откриване на всички тези предизвикателства бяха обещаващи във всички области“, каза Уей. „Например, открихме, че използвайки комбинация от три сензора върху пластир, успяхме да открием TSWV четири дни след първото заразяване на растенията. Това е значително предимство, тъй като доматите обикновено не започват да показват никакви физически симптоми на TSWV в продължение на 10 до 14 дни.
Изследователите казват, че са близо до създаването на пластир, който производителите на култури могат да използват. Те възнамеряват да направят лепенките безжични и след това да ги тестват на полето, извън оранжерия, за да гарантират, че работят в реални условия.
„В момента търсим партньори от промишлеността и селското стопанство, които да ни помогнат да продължим напред с разработването и тестването на тази технология“, каза Джу. „Това може да бъде значителен напредък, който да помогне на производителите да предотвратят превръщането на малки проблеми в големи и да ни помогне да се справим с предизвикателствата, свързани с хранителната сигурност, по смислен начин.“
Изследването е публикувано в сп Научен напредък.
източник: Държавен университет на Северна Каролина
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
