Nositeľná náplasť sleduje environmentálny stres a choroby rastlín
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 18. 4. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Môžeme byť o krok bližšie k využívaniu technológie na zabezpečenie produktívnych plodín bez chorôb vďaka vývoju multifunkčnej elektronickej náplasti „nosenej“ rastlinami. Tá totiž dokáže monitorovať prítomnosť patogénov a environmentálnych stresov plodín.
Inteligentné poľnohospodárstvo, využívanie inovatívnych technológií na poskytovanie informácií o dôležitých faktoroch, ako je voda, typy pôdy a choroby, sa stalo prostriedkom na zabezpečenie globálnej potravinovej bezpečnosti.
Choroby rastlín majú za následok stratu približne 20 % až 40 % plodín ročne, čo vedie nielen k zníženiu produkcie potravín, ale aj k druhovej diverzite, nehovoriac o nákladoch na kontrolu chorôb. Podľa Organizácie spojených národov pre výživu a poľnohospodárstvo sa odhaduje, že v roku 2030 bude takmer 670 miliónov ľudí, čo je 8 % svetovej populácie, podvyživených.
Senzory na rastlinách, ktoré sú schopné poskytovať neinvazívne monitorovanie v reálnom čase, nie sú novinkou. Existujúce senzory sú však obmedzené v tom, čo môžu monitorovať, majú slabú citlivosť a nezachytávajú špecifické choroby.
Vedci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne sa preto rozhodli vyvinúť pokročilejšiu elektronickú náplasť, ktorá sa umiestňuje priamo na listy rastlín a umožňuje monitorovanie patogénnych infekcií a environmentálnych stresov.
Nové elektronické náplasti sú malé, na dĺžku merajú len 30 milimetrov, a sú vyrobené z flexibilného materiálu, ktorý obsahuje senzory a elektródy na báze strieborných nanodrôtov. Sú umiestnené na spodnej strane listu rastliny, kde je viac pórov, ktoré umožňujú rastline „dýchať“. Náplasti sú vylepšením staršej verzie, ktorá zisťovala choroby rastlín meraním prchavých organických zlúčenín.
„Nové náplasti obsahujú ďalšie senzory, ktoré im umožňujú monitorovať teplotu, vlhkosť prostredia a množstvo vlhkosti, ktorú rastliny „vydychujú“ cez listy,“ povedal Yong Zhu, spoluzodpovedný autor štúdie.
Aby výskumníci otestovali svoju novú náplasť, obrátili sa na paradajku, jednu z najrozšírenejších poľnohospodárskych produktov. Rastliny paradajok sú náchylné na mnohé patogény vrátane húb, vírusov a baktérií, ktoré podstatne znižujú výnosy plodín a kvalitu ovocia.
Rastliny paradajok, umiestnené v skleníku, boli infikované tromi patogénmi: vírusom vädnutia paradajok, skorou plesňou (plesňová infekcia) a neskorou plesňou spôsobenou hubovitým patogénom nazývaným ako oomycéta. Rastliny boli tiež vystavené abiotickým (neživým) stresom, ako je nadmerné zalievanie, sucho, nedostatok svetla a vysoká salinita.
„Je to dôležité, pretože čím skôr pestovatelia dokážu identifikovať choroby alebo plesňové infekcie, tým lepšie budú schopní obmedziť šírenie chorôb a zachovať svoju úrodu,“ povedal Qingshan Wei, spoluautor štúdie. „Okrem toho, čím rýchlejšie dokážu pestovatelia identifikovať abiotické stresy, ako je zavlažovacia voda kontaminovaná prenikaním slanej vody, tým lepšie budú schopní riešiť príslušné výzvy a zlepšiť výnos plodín“.
Výskumníci experimentovali s kombináciou senzorov a analyzovali svoje údaje pomocou modelu strojového učenia, aby určili, ktorá kombinácia bola účinnejšia pri identifikácii chorôb a stresu. Model potvrdil, že aby bola technológia čo najefektívnejšia, boli potrebné aspoň tri senzory.
„Naše výsledky pri zisťovaní všetkých týchto výziev boli vo všeobecnosti sľubné,“ povedal Wei. "Napríklad sme zistili, že pomocou kombinácie troch senzorov na náplasti sme boli schopní detegovať vírus vädnutia paradajok štyri dni po prvej infekcii rastlín. To je významná výhoda, pretože paradajky zvyčajne nezačnú vykazovať žiadne fyzické príznaky tohto vírusu počas 10 až 14 dní“.
Vedci tvrdia, že sú blízko k vytvoreniu náplasti, ktorú môžu pestovatelia plodín použiť. Majú v úmysle vyrobiť bezdrôtové náplasti a potom ich otestovať v teréne mimo skleníka, aby sa uistili, že fungujú aj v reálnych podmienkach.
„Momentálne hľadáme partnerov z priemyslu a poľnohospodárstva, ktorí by nám pomohli napredovať vo vývoji a testovaní tejto technológie,“ povedal Zhu. „Mohol by to byť významný pokrok, ktorý pomôže pestovateľom zabrániť tomu, aby sa z malých problémov stali veľké, a pomôže nám to zmysluplným spôsobom riešiť problémy v oblasti potravinovej bezpečnosti“.
Štúdia bola nedávno publikovaná v Science Advances.
