Датчики, меняющие цвет, помогают контролировать здоровье растений

Группа исследователей из Северо-Восточного университета разработала датчики, которые меняют цвет в зависимости от состояния здоровья растений. Это может быть полезно не только для домашних растений, но и для небольших ферм, которые хотят отслеживать состояние своих культур в условиях стресса, вызванного изменениями погоды, загрязнением окружающей среды и болезнями.

Джози Чичеро, магистрантка в области морской биологии в Северо-Восточном университете и одна из соавторов исследования, говорит: «Это заполняет пробел».

Текущие методы проверки здоровья растений очень дороги

Чичеро отмечает, что существующие методы проверки состояния растений требуют много времени и недоступны для многих людей. «В то время как это устройство позволяет вам оценить уровень стресса растений за пару минут в полевых условиях, вместо того чтобы собирать образцы, отправлять их и тратить сотни или тысячи долларов, чтобы получить результаты через неделю», — говорит она.

Идея для такого датчика пришла из цветка несокодона

Идея создания такого датчика возникла после изучения цветка несокодона, который растёт на острове Маврикий. Считается, что его опыляют гекконы. Нектар несокодона меняет цвет в ответ на концентрацию небольшой молекулы, называемой пролином, — универсальным биомаркером здоровья растений.

Дэн Уилсон, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института Костаса при Северо-Восточном университете и соавтор исследования, объясняет: «Мы использовали эту реакцию и цветовую схему для создания датчиков, которые претерпевают такое же изменение цвета. Но (датчики) делают это в зависимости от дозы, так что, основываясь на интенсивности изменения цвета, мы можем сделать вывод о состоянии здоровья растения и о том, находится ли оно в состоянии стресса».

Исследование опубликовано в ACS Agricultural Science & Technology

Исследование, соавторами которого являются Кассандра Мартин, Лилиан Спрингер, Дортеа Герулакос, Одри Мус, Чичеро и Уилсон, недавно было опубликовано в журнале ACS Agricultural Science & Technology. Многие соавторы присоединились к исследованию, работая в лаборатории в качестве стажёров или сотрудников.

Растения в ответ на стресс производят повышенные уровни пролина

Исследователи обнаружили, что в ответ на стресс — например, недостаток воды, тяжёлые металлы в почве, слишком много солнечного света и тепла — растения производят повышенные уровни пролина.

Как работают датчики

Цвет меняющегося нектара несокодона является результатом смешивания пролина с небольшой молекулой, называемой синапальдегидом, которая, по словам Уилсона, также образуется внутри растения. Эта смесь приводит к созданию натурального красного пигмента, называемого нескодином, из-за чего нектар в несокодоне меняется с жёлтого на ярко-красный.

На здоровых растениях датчик остаётся бледно-жёлтым. «Если есть сильный стресс и пролин присутствует в высокой концентрации, датчик становится ярко-красным», — говорит Чичеро. «Это качественный ответ. Вы можете посмотреть на него и увидеть, что он жёлтый, оранжевый. … Мы также можем просканировать его и получить количественное число, связанное с ним».

Дальнейшие шаги

Команда протестировала датчики на нескольких видах сельскохозяйственных культур, включая капусту, листовую капусту, брюссельскую капусту и брокколи, и надеется протестировать их на других видах растений.

Уилсон сказал, что фермеры могут использовать датчики для проверки состояния своих растений, чтобы своевременно корректировать курс при возникновении проблем. Мартин, ныне научный сотрудник KRI, получившая докторскую степень по химии и химической биологии в Северо-Восточном университете, сказала, что в дальнейшем команда надеется найти способы, позволяющие датчику предоставлять пользователям больше информации.

«Мы действительно сосредоточены на том, чтобы сделать все технологии максимально простыми, автономными и компактными, чтобы их было дешевле производить и они были более доступны», — добавил Уилсон. «Мы стараемся внедрить принципы проектирования, которые сделают конечный продукт действительно простым в использовании, чтобы, в идеале, вам не нужно было быть учёным, чтобы понять, как это работает».

Источник