Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали полезную технологию, позволяющую фермерам выявлять болезни растений в полевых условиях. Портативное устройство, подключающееся к смартфону, работает путем отбора проб летучих органических соединений (ЛОС), которые растения высвобождают через листья, и выносит вердикт 

«Все растения выделяют ЛОС, когда они «дышат», но тип и концентрация этих летучих соединений меняются, если растение заболевает. Каждая болезнь имеет свой собственный характерный профиль ЛОС. Таким образом, измеряя тип и концентрацию ЛОС, выделяемых растением, можно определить, больно ли растение, и если да, то чем. Мы создали устройство, подключающиеся к смартфону для быстрых замеров ЛОС в полевых условиях», - рассказывает Циншань Вэй, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии и автор статьи об этой работе.

Современные методы идентификации болезней растений основаны на молекулярных анализах, выполнение которых занимает часы, и, что самое главное, они должны проводиться в лаборатории. Доставка образца в лабораторию, где, возможно, придется подождать, пока образец протестирует, может вызвать задержку в выявлении проблемы на дни или недели. Таким образом, технология позволяет фермерам быстрее выявлять и ограничивать болезни, уменьшая ущерб урожая.

Вот как работает технология. Если фермер подозревает присутствие болезни, он должен взять лист с соответствующего растения и поместить его в пробирку. Затем пробирку закрывают крышкой в ​​течение не менее 15 минут, чтобы дать возможность накопиться соответствующим ЛОС. Затем крышка снимается, а фермер использует узкую пластиковую трубку для перекачки насыщенного летучими органическими веществами воздуха в устройство «считывателя», подключенное к смартфону.

прибор для определения болезней томатов

Воздух закачивается в камеру в считывателе, где есть бумажная полоска со множеством реагентов, которые меняют цвет при контакте с определенной химической группой. Оценив полученный цветовой рисунок на полосе, пользователи определяют природу любой болезни, влияющей на растение.

«Чтобы эта технология работала, нам пришлось разработать реагенты для встраивания в бумажные полоски. Около половины реагентов были готовыми органическими красителями, но другая половина представляла собой специальным образом подготовленные наночастицы золота, реагирующие конкретные химические группы. Эти золотые наночастицы позволяют нам повысить точность в обнаружении различных типов ЛОС. Мы также должны были спроектировать и создать устройство для считывания информации, так как на рынке нет ничего подобного», - сказал Чжэн Ли, доктор наук, исследователь в штате Северная Каролина и также автор статьи.

В ходе тестирования концепции исследователи способность устройства обнаруживать и классифицировать 10 летучих органических соединений растений до уровня частей на миллион. Они смогли обнаружить возбудителя фитофторы (поздней гнили) через два дня после того, как растения томата были инокулированы этим возбудителем.

Устройство также смогло отличить фитофтору от двух других важных грибных патогенов, вызывающих сходные симптомы на листьях томатов.

Кроме того, тесты доказали, что приборы обнаруживает возбудителя Phytophthora infestans в листьях томатов с точностью более 95%.

«Мы доказали, что технология работает. В дальнейшем, мы хотим внести улучшения в программном обеспечении, чтобы облегчить фермерам определение болезней. И второе, мы планируем разработать индивидуальные считывающие полоски, которые предназначены для измерения ЛОС, связанных с другими заболеваниями, специфичными для данной культуры в разных регионах», заключают ученые.

(Источник: phys.org. Фото: Университет штата Северная Каролина).