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手机检测作物病虫害

日期:2019-07-31 作者:上海迈其生物科技有限公司 来源:http://www.microgene.com.cn/

植物病原体检测大都依赖复杂耗时的分子技术,且这些技术有很高的门槛限制。

来自北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系的助理教授魏青山开发了一款应用于智能手机的传感器,可以检测微生物侵染番茄植株。该系统经济高效,可以识别患病叶片的挥发性有机物,有望及时发现病菌,来对抗具有破坏性的作物病害。

7 月 29 日,这个研究发表在《自然-植物》(Nature Plants)上。

图 | 魏青山团队用智能手机来检测植物挥发性气体(来源:Zheng Li,魏青山供图)



图 | 魏青山团队用智能手机来检测植物挥发性气体(来源:Zheng Li,魏青山供图)

这个系统可以在番茄感病后的 2 天内检测出晚疫病。

植物病害会造成约 20% - 40% 的产量损失。晚疫病由名为致病疫霉的微生物引起,这种病菌会快速侵染番茄和马铃薯植株,不加治理的病株会在几天内死亡。如果天气条件适宜,病菌还会快速扩展,导致病害流行。

土豆晚疫病曾经在 1845 年到 1852 年造成过爱尔兰 100 万人死于饥荒。所以爱尔兰谚语说,世界上有两样事情不能开玩笑:爱情和土豆。

目前的作物晚疫病检测主要依赖核酸技术如 PCR,以及免疫技术。核酸技术虽然有特异性和灵敏性,但测定过程太繁琐;免疫技术虽然简便,但灵敏性和特异性不够。目前的微型检测装置还不能兼顾高性能、简便性和经济性。

图 | 番茄叶子和检测用试纸(来源:Marc Hall,魏青山供图)

魏青山希望开发一款色度传感器。他们使用的化学修饰金纳米粒子会与病株叶片释放的挥发性有机物发生反应,而手机摄像头能够捕捉这种反应引起的颜色变化。这款传感器由 3D 打印的智能手机读取器进行扫描,用已知浓度的植物挥发物进行校准,如此可提供健康植株和患病植株挥发物的定量信息。

这款传感装置可以在 1 分钟内检测出 10 种植物挥发物,包括绿叶挥发物和植物激素。在一次盲测中,该装置对晚疫病的检测准确度高达 95%。

作者发现,这一技术可以在肉眼看到症状前就检测出晚疫病,从而尽早采取行动防止病害传播。作者认为,如果与不同的比色法指示剂结合使用,该技术或能用于检测其它的植物病害。

目前农业病虫害检测还用到了可见/近红外光谱图像技术,这是基于计算机图像处理和模式识别对病害信息自动快速判断。魏青山告诉 DeepTech,跟光学成像方法比,他们研发的检测法更有特异性,因为很多植物疾病的表征可能很相似,只有分子诊断才能区分。

除了能应用于晚疫病,这个传感器还能用于病症很类似的早疫病检测。魏青山准备做更多的实地检测,确保正确率。

对于这个新系统的前景,魏青山说,这个试纸只需几美分,手机附件 50 - 70 美元,这个成本在批量生产后会更低。该研究目前已提交专利,希望以后能推向市场。

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