植物病原體檢測大都依賴復(fù)雜耗時的分子技術(shù)，且這些技術(shù)有很高的門檻限制。來自北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的助理教授魏青山開發(fā)了一款應(yīng)用于智能手機(jī)的傳感器，可以檢測微生物侵染番茄植株。該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效，可以識別患病葉片的揮發(fā)性有機(jī)物，有望及時發(fā)現(xiàn)病菌，來對抗具有破壞性的作物病害。7 月 29 日，這個研究發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。

圖 | 魏青山團(tuán)隊(duì)用智能手機(jī)來檢測植物揮發(fā)性氣體

圖 | 魏青山團(tuán)隊(duì)用智能手機(jī)來檢測植物揮發(fā)性氣體

這個系統(tǒng)可以在番茄感病后的 2 天內(nèi)檢測出晚疫病。植物病害會造成約 20% - 40% 的產(chǎn)量損失。晚疫病由名為致病疫霉的微生物引起，這種病菌會快速侵染番茄和馬鈴薯植株，不加治理的病株會在幾天內(nèi)死亡。如果天氣條件適宜，病菌還會快速擴(kuò)展，導(dǎo)致病害流行。土豆晚疫病曾經(jīng)在 1845 年到 1852 年造成過愛爾蘭 100 萬人死于饑荒。所以愛爾蘭諺語說，世界上有兩樣事情不能開玩笑：愛情和土豆。目前的作物晚疫病檢測主要依賴核酸技術(shù)如 PCR，以及免疫技術(shù)。核酸技術(shù)雖然有特異性和靈敏性，但測定過程太繁瑣；免疫技術(shù)雖然簡便，但靈敏性和特異性不夠。目前的微型檢測裝置還不能兼顧高性能、簡便性和經(jīng)濟(jì)性。

圖 | 番茄葉子和檢測用試紙魏青山希望開發(fā)一款色度傳感器。他們使用的化學(xué)修飾金納米粒子會與病株葉片釋放的揮發(fā)性有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，而手機(jī)攝像頭能夠捕捉這種反應(yīng)引起的顏色變化。這款傳感器由 3D 打印的智能手機(jī)讀取器進(jìn)行掃描，用已知濃度的植物揮發(fā)物進(jìn)行校準(zhǔn)，如此可提供健康植株和患病植株揮發(fā)物的定量信息。這款傳感裝置可以在 1 分鐘內(nèi)檢測出 10 種植物揮發(fā)物，包括綠葉揮發(fā)物和植物激素。在一次盲測中，該裝置對晚疫病的檢測準(zhǔn)確度高達(dá)95%。作者發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)可以在肉眼看到癥狀前就檢測出晚疫病，從而盡早采取行動防止病害傳播。作者認(rèn)為，如果與不同的比色法指示劑結(jié)合使用，該技術(shù)或能用于檢測其它的植物病害。目前農(nóng)業(yè)病蟲害檢測還用到了可見/近紅外光譜圖像技術(shù)，這是基于計算機(jī)圖像處理和模式識別對病害信息自動快速判斷。魏青山告訴 DeepTech，跟光學(xué)成像方法比，他們研發(fā)的檢測法更有特異性，因?yàn)楹芏嘀参锛膊〉谋碚骺赡芎芟嗨疲挥蟹肿釉\斷才能區(qū)分。除了能應(yīng)用于晚疫病，這個傳感器還能用于病癥很類似的早疫病檢測。魏青山準(zhǔn)備做更多的實(shí)地檢測，確保正確率。對于這個新系統(tǒng)的前景，魏青山說，這個試紙只需幾美分，手機(jī)附件 50 - 70 美元，這個成本在批量生產(chǎn)后會更低。該研究目前已提交專利，希望以后能推向市場。