可实时检测植物激素的新型纳米传感器诞生

发布者:bpadmin
发布时间:2021-09-04 06:03
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城农获悉——来自新加坡的科研团队开发出了有史以来第一个能够快速检测合成生长素的纳米传感器。与现有的测试植物对除草剂等化合物反应的技术相比,这种新型纳米传感器更安全,易使用,可以在改善农业生产和对植物生长的理解方面产生革命性的影响。


用于检测合成生长素植物激素NAA和2,4-D的纳米传感器图示 (来自新加坡-麻省理工学院联盟)


来自新加坡-麻省理工学院联盟 (SMART)的农业技术跨学科研究组DiSTAP、淡马锡生命科学实验室和南洋理工大学的研究人员,首次发现了一种使用电晕相分子识别纳米传感器(CoPhMoRe)实时检测合成生长素植物激素的方法。这种方法比传统方法更快、更安全;不但有助于理解植物对外界生长条件的敏感性,而且为未来开发针对其他植物激素的实时纳米传感器打开了大门。新型纳米传感器可以彻底改变对除草剂抗性的筛查,并可广泛应用于城市农场等商业场所。

研究团队为两种植物激素设计了传感器,1-萘乙酸(NAA)和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。这两种合成激素在农业中被广泛使用,分别作为调节植物生长的生长素和除草剂。目前检测NAA和2,4-D的方法会对植物造成伤害,并且不能提供实时的活体监测及信息。

基于麻省理工学院斯Strano Lab首创的电晕相分子识别概念,新型纳米传感器能够快速检测植物中NAA和2,4-D的存在,并实时提供植物信息,而不会对植物造成任何伤害。该团队已经成功地在包括白菜、菠菜和水稻在内的许多农作物上测试了这两种传感器,包括对土壤、水培和植物组织培养等不同生长介质进行了测试。

这项研究发表在著名期刊ACS Sensors上,论文题目为《Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition》。这项研究可以促进在农业中更有效地使用合成生长素,并具有推动植物生物学研究的巨大潜力。

根据DiSTAP的联合首席研究员Michael Strano教授和Carbon P.Dubbs教授,CoPhMoRe技术以前曾被用来检测过氧化氢等化合物和砷等重金属污染物,但这是第一个成功的CoPhMoRe传感器,用于检测调节植物生长和生理的植物激素,有望取代目前那些费时费力,具有破坏性和不安全的测试方法。

在研究团队开发的两个传感器中,2,4-D的纳米传感器还显示了检测植物对除草剂敏感性的能力,使农民和农业科学家能够迅速发现不同植物对除草剂的脆弱性或抗药性,而不需要长期监测作物或杂草的生长情况。这对揭示2,4-D在植物中的作用机制以及为什么植物产生除草剂抗性非常有益,并有可能彻底改变行业筛选抗除草剂作物的方式,加快育种过程。由于纳米传感器可以应用在各种植物品种和种植介质上,所以可以很容易在各种商业场景下使用,比如城市农场。

南洋理工大学教授Mary Chan-Park Bee Eng认为,使用纳米传感器进行植物检测省去了大量提样和提纯的过程,从而节省时间和金钱,很容易适应商业化应用。这项研究可以为未来开发其他类型的实时纳米传感器,以检测植物中其他植物激素和代谢物。

这项研究的纳米传感器、光学检测系统和图像处理算法的开发是由新加坡-麻省理工学院联盟、南洋理工大学和MIT完成的,淡马锡生命科学实验室则验证了纳米传感器,并提供了植物生物信号机制的知识。
文章来源: Ang MC, Dhar N, Khong DT, Lew TTS, Park M, Sarangapani S, Cui J, Dehadrai A, Singh GP, Chan-Park MB, Sarojam R, Strano M. Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition. ACS Sens. 2021 Aug 27;6(8):3032-3046. doi: 10.1021/acssensors.1c01022. Epub 2021 Aug 10. PMID: 34375072.
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