Plant Patch permite el monitoreo continuo del estrés y las enfermedades de los cultivos

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un parche que las plantas pueden usar para monitorear continuamente las enfermedades de las plantas u otras situaciones de estrés, como daños a los cultivos o calor extremo. Crédito: Qingshan Wei, Universidad Estatal de Carolina del Norte

Investigadores de Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un parche que las plantas pueden “usar” para monitorear continuamente las enfermedades de las plantas u otras situaciones de estrés, como daños a los cultivos o calor extremo.

“Hemos creado un sensor portátil que monitorea el estrés y las enfermedades de las plantas de manera no invasiva midiendo los compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por las plantas”, dice Qingshan Wei, coautor correspondiente de un artículo sobre el trabajo. Wei es profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State.

Los métodos actuales de prueba de estrés o enfermedad de las plantas implican tomar muestras de tejido vegetal y realizar un ensayo en un laboratorio. Sin embargo, esto solo les da a los productores una medida, y existe un lapso de tiempo entre el momento en que los productores toman una muestra y cuando obtienen los resultados de la prueba.

Las plantas emiten diferentes combinaciones de COV en diferentes circunstancias. Al apuntar a los COV que son relevantes para enfermedades específicas o estrés de la planta, los sensores pueden alertar a los usuarios sobre problemas específicos.

“Nuestra tecnología monitorea las emisiones de COV de la planta de manera continua, sin dañar la planta”, dice Wei. “El prototipo que demostramos almacena estos datos de monitoreo, pero las versiones futuras transmitirán los datos de forma inalámbrica. Lo que hemos desarrollado permite a los productores identificar problemas en el campo; no tendrían que esperar para recibir los resultados de las pruebas de un laboratorio “.

Los parches rectangulares tienen 30 milímetros de largo y consisten en un material flexible que contiene grafeno-sensores y nanocables de plata flexibles. Los sensores están recubiertos con varios ligandos químicos que responden a la presencia de COV específicos, lo que permite que el sistema detecte y mida los COV en los gases emitidos por las hojas de la planta.

Los investigadores probaron un prototipo del dispositivo en plantas de tomate. El prototipo se creó para monitorear dos tipos de estrés: daño físico a la planta e infección por P. infestans, el patógeno que causa la enfermedad del tizón tardío en los tomates. El sistema detectó cambios de COV asociados con el daño físico dentro de una a tres horas, dependiendo de qué tan cerca estaba el daño del sitio del parche.

La detección de la presencia de P. infestans tomó más tiempo. La tecnología no detectó cambios en las emisiones de COV hasta tres o cuatro días después de que los investigadores inocularan las plantas de tomate.

“Esto no es mucho más rápido que la aparición de síntomas visuales de la enfermedad del tizón tardío”, dice Wei. “Sin embargo, el sistema de monitoreo significa que los productores no tienen que depender de la detección de síntomas visuales diminutos. El monitoreo continuo permitiría a los productores identificar las enfermedades de las plantas lo más rápido posible, ayudándoles a limitar la propagación de la enfermedad “.

“Nuestros prototipos ya pueden detectar 13 COV de plantas diferentes con un alto precisión, lo que permite a los usuarios desarrollar una matriz de sensores personalizada que se enfoca en las tensiones y enfermedades que un productor cree que son más relevantes ”, dice Yong Zhu, coautor correspondiente del artículo y Andrew A. Adams, profesor distinguido de ingeniería mecánica y aeroespacial en Carolina del Norte. Estado.

“También es importante tener en cuenta que los materiales tienen un costo bastante bajo”, dice Zhu. “Si se ampliara la fabricación, creemos que esta tecnología sería asequible. Estamos tratando de desarrollar una solución práctica para un problema del mundo real y sabemos que el costo es una consideración importante ”.

Los investigadores están trabajando actualmente para desarrollar un parche de próxima generación que pueda monitorear la temperatura, la humedad y otras variables ambientales, así como los COV. Y aunque los prototipos funcionaban con baterías y almacenaban los datos en el sitio, los investigadores planean que las versiones futuras funcionen con energía solar y sean capaces de transferir datos de forma inalámbrica.

Referencia: “Monitoreo en tiempo real de las tensiones de las plantas a través del perfil químico-resistivo de los volátiles de las hojas mediante un sensor portátil” por Zheng Li, Yuxuan Liu, Oindrila Hossain, Rajesh Paul, Shanshan Yao, Shuang Wu, Jean B. Ristaino, Yong Zhu y Qingshan Wei , 7 de julio de 2021, Importar.
DOI: 10.1016 / j.matt.2021.06.009

Los primeros coautores del artículo son Zheng Li, un ex postdoctorado en NC State que ahora es profesor asistente en la Universidad de Shenzhen, y Yuxuan Li, un Ph.D. estudiante en NC State. Jean Ristaino, profesor distinguido de patología vegetal en NC State, William Neal Reynolds, es coautor del artículo; Oindrila Hossain, Rajesh Paul y Shuang Wu, quienes son Ph.D. estudiantes de NC State; y Shanshan Yao, un ex postdoctorado en NC State que ahora es profesor asistente en la Universidad de Stony Brook.

El trabajo se realizó con el apoyo del Programa de Excelencia Docente del Canciller del Estado de Carolina del Norte; el Instituto Kenan de Tecnología y Ciencia de la Ingeniería; El Programa de Incentivo de Investigación que cambia las reglas del juego de NC State para la Iniciativa de Ciencias de las Plantas (GRIP4PSI); el Premio al Proyecto Piloto del Centro Estatal de Salud Humana y Medio Ambiente de Carolina del Norte del Departamento de Agricultura de EE. UU., número 2019-67030-29311; Subvención del USDA APHIS Farm Bill número 3.0096; y la National Science Foundation, con la subvención 1728370.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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