新加坡-麻省理工和淡马锡实验室,联合发明精准的便携式农作物健康检测工具

发布者:bpadmin
发布时间:2020-12-21 14:30
分类:全部资讯 农业科技 农艺管理 原创内容 最新动态 研究报告
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城农获悉——新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的研究人员设计了一种便携式光学传感器工具,可以快速监测植物压力,帮助农民和植物学家在田间实地进行早期诊断和实时农作物健康检测。

来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)和淡马锡生命科学实验室的DiSTAP跨学科研究小组的研究人员设计了一种便携式光学传感器,可以对植物健康进行早期诊断和实时检测,是否处于健康压力之下。这种新型便携式叶片夹传感器,由一个3D打印的夹子,还有基于光纤的拉曼光谱探针组件构成。



这种新型便携式叶片夹传感器,利用拉曼光谱学原理,将可能成为精准农业中的有用工具。精准农业是通过可持续耕作方式解决日益严重的粮食不安全问题的重要战略,也包括一系列技术手段,但它需要在农作物出现明显症状和产量损失之前,快速诊断植物所面临的压力。

便携式拉曼叶片夹传感器被证明可以早期诊断导致叶片退化和产量损失相关的植物氮缺乏。氮是农作物关键的营养物质,也是化肥最重要的成分。DiSTAP跨学科研究小组发现,在全光照生长条件下,使用便携式拉曼叶片夹传感器进行的活体测量,与实验室条件下使用台式拉曼光谱仪对叶子切片的测量结果一致。使用便携式传感器可以对活体植物进行早期诊是否缺氮。

虽然这项研究主要着眼于测量植物中的氮水平,但便携设备也可以用于检测其他植物应激表型的压力水平,如干旱、冷热、盐分和光照。叶片夹式的拉曼探头可以检测到广泛的植物压力来源,其简单和快速部署的特性使其成为在田间确保农作物健康水平的理想选择。

研究小组指出,虽然现专注于对氮缺乏的早期和特异性诊断,但他们能够测量到其他代谢物的峰值。这些代谢物在大众蔬菜中也能明显的观察到,如芥兰、生菜、菜心、白菜和菠菜。研究小组相信,他们的发现可以帮助农民最大限度地提高作物产量,同时确保对环境的负面影响最小,包括通过减少氮径流和渗入地下水来最大限度地减少对生态系统的污染。

通过在多种蔬菜品种上进行的演示,研究小组认为这项技术可被用于支持新加坡的“30-30”倡议计划的一部分,生产营养丰富且低成本的蔬菜作物,提高新加坡绿叶蔬菜的产量。另外,这项技术可被推广用于更多种类的作物。

这项研究发表在著名期刊《Scientific Reports》上,题为“Portable Raman leaf-clip sensor for rapid detection of plant stress”,研究小组详细解释了他们如何设计、制造和测试该便携式传感器设备。
文章来源: Gupta, S., Huang, C.H., Singh, G.P. et al. Portable Raman leaf-clip sensor for rapid detection of plant stress. Sci Rep 10, 20206 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76485-5
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