环境条件可能对植物造成有害的压力，给家庭园丁和农民带来挑战。因此，早期检测——在叶片可见变色、枯萎或凋谢之前——至关重要。现在，研究人员在《ACS Sensors》上报告说，他们创造了一种可穿戴的植物贴片，可以快速感知压力，并将信息传递给种植者。这种电化学传感器直接附在活植物叶片上，监测氢 peroxide，这是一种关键的应激信号。
害虫、干旱、极端温度和感染都对植物造成压力。作为回应，植物的正常生物化学失去平衡，产生氢 peroxide，它还充当细胞之间的信号，激活防御机制。及早检测这种化学线索可以帮助人们专业地调整植物护理并防止进一步损害，从而最大化作物产量，即使在恶劣条件下。但大多数当前的氢 peroxide 检测方法需要去除植物部分和多个处理步骤，或使用观察荧光变化的外部探测器，这可能会受到叶绿素的干扰。研究人员此前已调查过可穿戴的植物设备，以监测叶片水分含量作为植物健康的指标。因此，梁东及其同事开始设计一种独立的贴片，快速准确地检测活植物发出的氢 peroxide 应激信号。
为了建造一种粘附在叶片背面的贴片，研究人员在一个灵活的底座上创建了一组微型塑料针。在这个带有图案的表面上，他们涂覆了一种基于壳聚糖的水凝胶混合物，可以将氢 peroxide 的小变化转化为电流的可测量差异。该混合物包含一种与氢 peroxide 反应以产生电子的酶和还原氧化石墨烯，用以通过传感器导电。
研究人员在健康的活大豆和烟草植物上测试了他们的贴片，并与受细菌感染的受压植物进行了比较。他们发现：
– 对于感染细菌病原体的作物 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000，传感器在受压的叶片上产生的电流比健康叶片更多，并且电流水平与氢 peroxide 的存在量直接相关。
– 传感器对氢 peroxide 的测量是准确的，并得到了常规实验室分析的确认。
– 大约经过1分钟后，贴片在叶片中测量到的氢 peroxide 水平显著低于之前从像针一样的传感器报告的活植物的水平。
– 这些贴片在微型针失去形状之前可以重复使用九次。
这一新策略提供的信息可以帮助种植者高效地做出有关作物的决策。“我们可以在一分钟内以每次测试不到一美元的成本实现直接测量，”东说。“这一突破将显著简化分析，使我们的贴片传感器在实时疾病作物监测中对农民更为实用。”
研究人员也对继续推进研究感到兴奋。“我们的下一步是改进技术并增强其可重用性，”东总结道。
作者感谢爱荷华州立大学、美国农业部国家食品和农业研究所及国家科学基金会的资助。
