便携式技术嗅出植物病在田野里

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在北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发的便携式技术，允许农民以确定在该领域植物病害。的手持装置，其被插入到智能电话，通过采样机载的挥发性有机化合物（VOC），植物释放经过叶。

“所有植物都会释放VOC，因为它们呼吸”，但这些VOC的类型和浓度在植物患病时发生变化，“化学和生物分子工程助理教授和作品的一份论文作者的助理教授Qinghan Wei。“每种疾病都有自己的VOC签名概况。因此，通过测量植物被释放的VOC的类型和浓度，您可以确定植物是否患病，如果它是患病的 - 它具有哪种疾病。

“Our contribution here is the creation of a device that can be plugged into a smartphone and used to make those VOC measurements quickly in the field,” says Wei, who is also a faculty member in NC State’s Emerging Plant Disease and Global Food Security cluster.

目前的疾病鉴定技术依赖于分子测定，需要数小时的时间和 - 最重要的是 - 必须在实验室中进行。将样本达到实验室，其中样本可能需要等待测试，可以在几天或几周内延迟疾病鉴定。

“我们的技术将帮助农民更快地识别疾病，这样他们就可以限制疾病和相关作物损伤的扩展，”琼Ristaino说，威廉·尼尔·雷诺兹杰出植物病理学教授在北卡罗来纳州，纸张和导演的合着者集群。“我们现在准备扩大这项技术。”

这是该技术的工作原理。如果农民怀疑植物可能会患病，他或她可以从相关植物中留下一片叶子并将其放在试管中。然后将试管盖至少15分钟以允许相关的VOC积聚。在此孵化期后，盖子被移除，农民使用狭窄的塑料管，将VOC-LADEN空气泵成连接到智能手机的“读者”设备。

空气被泵入读取器中的腔室中，该腔室包含纸条。本文嵌入有一系列化学试剂，当它们与特定化学基团接触时改变颜色。通过评估条带上产生的颜色图案，用户可以确定任何可能影响植物的植物疾病的性质。

“对于这种技术的工作，我们必须开发出可以嵌入在纸条试剂，”郑莉，在北卡罗来纳州的博士后研究员和论文的第一作者。“关于试剂的一半是关闭的，现成的有机染料，但另一半的金纳米粒子，我们功能对特定的化学基团反应了。这些功能的纳米颗粒允许我们在检测各种类型的挥发性有机化合物的更精确的“。

“我们也必须设计和构建读者设备，因为市场上没有什么比这更喜欢它，”魏说。

在验证的概念测试中，研究人员证明了该设备的检测和分类10种植物挥发性有机化合物下降到分之百万级的能力。它们能够探测到导致爱尔兰大饥荒的番茄植株用病原体接种后两天晚疫病病菌。研究人员还可以从产生对番茄叶类似症状的另外两个重要病原真菌区分番茄晚疫病。此外，研究人员发现，他们可以检测病原体晚疫病番茄叶片与大于95％的准确性。

“我们已经表明技术有效，”魏说。“我们可以让它变得更好。首先，我们希望使用为智能手机的软件自动化模式分析，这将使农民更容易造成疾病测定。

“第二，我们设想了定制阅读器条带的开发，这些条带旨在测量与特定作物特定的其他疾病相关的VOC。不同地区的不同作物面临着不同的威胁，我们可以开发花纸条，以解决这些特定问题。

“这种创新的是北卡罗来纳州植物科学计划的目标，开发新技术，这将提高粮食产量，通过跨学科的科学，其目的不可或缺的一部分，”魏说。

本文，“由智能手机的叶挥发物的智能手机指纹诊断使得无血剂植物疾病诊断，”发表在杂志自然植物。该文件也被拉杰什保罗和让娜汉塞尔，博士合着和M.S.学生，分别在北卡罗来纳州;塔勒布巴提斯，前北卡罗莱纳州立大学本科;阿曼达萨维尔，在北卡罗来纳州的实验室Ristaino研究助理;和于涛，在北卡罗来纳州的博士后研究员。

The work was done with support from the U.S. Department of Agriculture’s Agriculture and Food Research Initiative, under grant number 2019-67030-29311, the Kenan Institute for Engineering, Technology & Science, and the NC State Chancellor’s Faculty Excellence Program on Emerging Plant Disease and Global Food Security.

- 船员 -

编辑注：研究摘要跟随。

“基于型叶挥发物的智能手机的指纹扫描能够实现无侵袭性植物疾病诊断”

作者：郑力，拉杰什保罗，塔勒布巴提斯，阿曼达C.萨维尔，让娜C.汉塞尔，于涛，让B. Ristaino和青山卫，北卡罗莱纳州立大学

发表：7月29日，自然植物

迪伊：10.1038 / s41477-019-0476-y

抽象的：植物病原体检测通常依赖于分子的技术，复杂的，耗时的和约束到中心实验室。我们开发了一种成本效益的基于智能手机的挥发性有机化合物（VOC）指纹的平台，使造成的晚疫病的非侵入性诊断晚疫病通过监测现场特征叶片挥发性排放。该手持设备集成了由等离子体纳米孔和化学响应有机染料组成的一次性阴毛传感器阵列，以在反应1分钟内以PPM水平检测关键植物挥发物。我们通过该现场便携式VOC传感平台证明了十种个体植物挥发物的多路复用检测和分类，其允许在接种后早期发现番茄晚期枯萎2d，并与番茄的其他病原体的分化导致番茄上的类似症状叶子。此外，我们证明了诊断≥95％的检测精度P. Infestans.在两种实验室接种和田间收集的番茄叶在盲目试验试验中。最后，传感器平台已被检测检测P. Infestans.在温室环境无症状的番茄植株。