(A) 應(yīng)用熱凝膠監(jiān)測來自多毛莖植物的電勢信號 (Luo et al., 2021)。(B) 印刷導(dǎo)電聚合物使阻抗譜能夠檢測臭氧損害（Kim 等人，2020 年）。(C) 使用智能手機集成的化學(xué)傳感器陣列檢測植物 VOCs (Li et al., 2019)。(D) 傳感器陣列在暴露于感染 Pseudomonas infestans 的番茄植物后的差異顯色響應(yīng) (Li et al., 2019)。(E) 主成分分析 (PCA) 圖基于化學(xué)傳感器陣列區(qū)分番茄植物的致病性感染 (Li et al., 2019)。圖片來源：植物科學(xué)前沿（2022 年）。DOI: 10.3389/fpls.2022.884454

來自麻省理工學(xué)院在新加坡的研究企業(yè)新加坡麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟 (SMART) 的顛覆性與可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù) (DiSTAP) 跨學(xué)科研究小組 (IRG) 的研究人員，以及來自材料研究所的當(dāng)?shù)睾献髡吆托录悠聡�立大學(xué) (NUS) 工程部 (IMRE)、科學(xué)、技術(shù)和研究局 (A*STAR) 以及化學(xué)和生物分子工程系 (ChBE) 發(fā)表了一篇評論，討論了非破壞性植物健康監(jiān)測，從基于電化學(xué)的陣列到納米傳感器和電子鼻，以及為什么跟蹤植物健康是一種有吸引力且可持續(xù)的策略，可用于優(yōu)化作物生長實踐。該審查旨在激發(fā)植物健康診斷無損技術(shù)的未來發(fā)展。

為滿足全球糧食的迫切需求并為可持續(xù)農(nóng)業(yè)鋪平道路，農(nóng)業(yè)技術(shù)的進步和采用對于緩解全球1.93 億嚴(yán)重糧食人口的狀況至關(guān)重要。然而，在提高作物產(chǎn)量和生產(chǎn)力時，需要實施可持續(xù)的做法限度地減少對環(huán)境的破壞。傳統(tǒng)上，農(nóng)民通常只能在修復(fù)措施有限的階段注意到他們的作物健康狀況惡化的跡象。

此外，目前通過基于色譜的分析技術(shù)進行的測試是破壞性的，因為它需要沖出會導(dǎo)致受傷和組織破裂的葉子樣本。這些方法也很費力，包括對每個數(shù)據(jù)點的多個植物樣本進行基于實驗室的提取和處理。因此，科學(xué)家們一直在推進農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)新型傳感器和分析工具來幫助農(nóng)民指導(dǎo)農(nóng)場管理決策。對植物代謝物使用非破壞性或微創(chuàng)傳感器已成為實時監(jiān)測植物信號通路和植物對指示整體植物健康的外部條件的反應(yīng)的基本分析工具. 這些傳感器可以整合到未來的農(nóng)業(yè)實踐中，并在使用準(zhǔn)確、預(yù)測和環(huán)境可控農(nóng)業(yè)的高科技城市農(nóng)場中實施。

“鑒于全球人口增長和對糧食的擔(dān)憂導(dǎo)致對糧食的需求不斷增加，開發(fā)創(chuàng)新和可持續(xù)的技術(shù)和工具來提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量是及時和必要的。無損植物健康監(jiān)測是其中之一DiSTAP 研究員兼科學(xué)總監(jiān) Gajendra Pratap Singh 博士說：

該團隊在發(fā)表在《植物科學(xué)前沿》雜志上的題為“植物健康診斷的無損技術(shù)”的評論文章中解釋了他們的研究。研究結(jié)果表明，傳感器可以大致分為檢測內(nèi)部（體內(nèi)傳感器）和外部（植物表面和空氣傳播）信號分子的傳感器。

體內(nèi)傳感器基于電化學(xué)傳感器或植物納米仿生傳感器。近期的納米技術(shù)進步使電化學(xué)和植物納米仿生傳感器能夠利用獨特的電化學(xué)和光學(xué)特性表現(xiàn)出更高的靈敏度和選擇性。除了內(nèi)部信號分子外，植物還會在其器官表面以及通過空氣中的代謝物（如揮發(fā)性有機化合物 (VOC)）發(fā)出信號，以進行植物間的交流。檢測內(nèi)部和外部線索，例如表面和空氣傳播的化合物，可以對植物病害進行非侵入性和實時診斷。

此外，傳感器將植物信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以建立植物和種植者之間的直接通信。A*STAR IMRE 科學(xué)家兼兼職助理 Tedrick Thomas Salim Lew 博士補充說：“通過實時利用植物的生理事件，非破壞性傳感器能夠迅速調(diào)整環(huán)境條件，以提高作物生產(chǎn)力，同時有限度地減少資源使用。” NUS ChBE教授，文章的通訊作者。

“該評論深入了解了傳感器的用途，這些傳感器已成功地從各種重要的農(nóng)業(yè)植物物種中提取時空信息。傳感器將開啟實時反饋控制方案的可能性，有助于施用肥料和植物生長調(diào)節(jié)劑以有限度地提高生長，并促進及時干預(yù)以有限度地減少植物脅迫造成的產(chǎn)量損失，”DiSTAP 研究科學(xué)家和該文章的作者 Mervin Ang 說。

為了應(yīng)對新加坡和世界食品生產(chǎn)中的重大挑戰(zhàn)，DiSTAP 多年來推出了新型分析工具，這些工具快速、無損，能夠?qū)崟r檢測和提供來自活植物的信息。這項審查旨在推進可用于研究田間農(nóng)業(yè)相關(guān)作物的技術(shù)，彌合植物生物學(xué)中常用的模式植物與經(jīng)濟重要作物之間的知識差距。