便携式设备可以快速检测植物胁迫

新加坡-麻省理工学院研究技术联盟(SMART)和淡马锡生命科学实验室(TLL)的研究人员设计了一种便携式光学传感器，可以监测植物是否处于压力之下。该设备为农民和植物科学家提供了一种早期诊断和实时监测田间条件下植物健康的新工具。

精准农业是通过可持续农业实践解决日益严重的粮食不安全问题的一项重要战略，但它需要在出现明显症状和随后的产量损失之前快速诊断植物压力的新技术。SMART公司新推出的便携式拉曼叶夹传感器是精准农业中的一种有用工具，可以早期诊断植物的氮缺乏，这可能与过早的叶片退化和产量损失有关。

在发表在《科学报告》杂志上的一篇题为《快速检测植物胁迫的便携式拉曼叶夹传感器》的论文中，科学家们解释了他们如何设计、构建和测试叶夹，使光学传感器能够探测叶片化学并建立胁迫状态。这项工作是由麻省理工学院在新加坡的研究企业SMART内部的颠覆性和可持续农业精密技术(DiSTAP)跨学科研究小组(IRG)开发的。

“我们的研究结果表明,使用便携式leaf-clip体内测量拉曼传感器完整增长条件下符合测量获得台式拉曼光谱仪在叶部分在实验室条件下,”麻省理工学院的电气工程和计算机科学教授说Rajeev内存,该论文的作者,在DiSTAP首席研究员。“我们证明，利用便携式传感器可以对活的植物进行氮缺乏症的早期诊断。氮缺乏症是一种关键的养分，也是肥料中最重要的成分。”

虽然这项研究主要着眼于测量植物中的氮水平，但该设备也可以用于检测其他植物胁迫表型的水平，如干旱、冷热胁迫、盐胁迫和光胁迫。这些叶夹拉曼探针可以检测到广泛的植物应激源，其简单和快速使其成为农民田间使用以确保作物健康的理想工具。

“虽然我们都集中在缺氮的早期诊断和具体使用leaf-clip传感器,我们能够测量山峰从其他代谢物,也清楚地观察到受欢迎的蔬菜如kailan、生菜、菜心,pak崔和菠菜,”钟说郝黄co-first TLL该论文的作者之一和一个博士后。

该研究小组相信，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化，包括通过减少氮径流和渗入地下水位来最大限度地减少对水生生态系统的污染。

“该传感器已在多种蔬菜品种上进行了演示，并支持了作为新加坡30 * 30计划的一部分，生产营养、低成本蔬菜的努力，”新加坡农业研究中心联合首席研究员、TLL副主席、该研究的联合主要作者蔡南海教授说。“将这项工作扩展到更广泛的作物品种，可能有助于提高全球作物产量，增强气候弹性，并通过减少化肥使用缓解环境污染。”

便携式拉曼系统是与当地公司TechnoSpex合作设计的。叶夹式拉曼传感器由一个3D打印的夹组成，该夹围绕着一个基于光纤的拉曼探针组件。

DiSTAP的博士后希尔皮·古普塔(Shilpi Gupta)是这篇论文的共同第一作者，DiSTAP的科学主任加金德拉·普拉塔普·辛格(Gajendra Pratap Singh)也是这篇文章的共同作者。该研究由SMART进行，并得到新加坡国家研究基金会(NRF)在其卓越研究和科技企业(CREATE)校园计划下的支持。

DiSTAP项目通过开发一套有影响力的、新颖的分析、基因和生物合成技术，解决新加坡和世界粮食生产中的深层次问题。其目标是从根本上改变植物生物合成途径的发现、监测、设计和最终转化，以满足全球对食物和营养素的需求。

来自麻省理工学院的科学家,TLL、南洋理工大学和新加坡国立大学的协作开发新工具连续测量的重要植物代谢和激素新奇的发现和深入了解和控制植物生物合成途径的方式不可能,尤其是在绿叶蔬菜;利用这些新技术，为全球粮食安全设计具有高度理想特性的植物，包括高产密度生产、抗旱性和病原体抗性，以及高价值商业产品的生物合成;开发工具，生产疏水食品成分的工业相关微生物;开发新的微生物和酶技术来生产可保护和/或促进叶菜生长的挥发性有机化合物;并应用这些技术来改善城市农业。

DiSTAP由麻省理工学院联合首席研究员Michael Strano教授和新加坡联合首席研究员Chua Nam Hai教授领导。

SMART由麻省理工学院和NRF于2007年建立。SMART是NRF开发的第一个CREATE实体。SMART是麻省理工学院和新加坡研究互动的智力和创新中心，在双方都感兴趣的领域开展前沿研究项目。SMART目前包括一个创新中心和五个IRGs:抗菌素耐药性、制造个性化药物的关键分析、DiSTAP、未来城市交通和低能耗电子系统。