Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un parche electrónico que se puede aplicar a las hojas de las plantas para monitorear cultivos en busca de diferentes patógenos, como infecciones virales y fúngicas, y estrés como la sequía o la salinidad.
por la Universidad Estatal de Carolina del Norte
En las pruebas, los investigadores encontraron que el parche podía detectar una infección viral en los tomates más de una semana antes de que los productores pudieran detectar cualquier síntoma visible de la enfermedad.
«Esto es importante porque cuanto antes los productores puedan identificar enfermedades de las plantas o infecciones fúngicas , más capaces estarán de limitar la propagación de la enfermedad y preservar su cultivo», dice Qingshan Wei, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y asistente. profesor de ingeniería química y biomolecular en NC State. «Además, cuanto más rápido puedan los productores identificar los estreses abióticos, como el agua de riego contaminada por la intrusión de agua salada , más capaces estarán de abordar los desafíos relevantes y mejorar el rendimiento de los cultivos».
El artículo, «Sensor portátil multimodal montado en la superficie de la hoja abaxial para el monitoreo continuo de la fisiología de las plantas», se publica el 12 de abril en la revista de acceso abierto Science Advances .
La tecnología se basa en un parche prototipo anterior que detectó enfermedades de las plantas al monitorear los compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por las plantas. Las plantas emiten diferentes combinaciones de COV en diferentes circunstancias. Al enfocarse en los COV que son relevantes para enfermedades específicas o el estrés de las plantas, los sensores pueden alertar a los usuarios sobre problemas específicos.
«Los nuevos parches incorporan sensores adicionales, lo que les permite monitorear la temperatura, la humedad ambiental y la cantidad de humedad que ‘exhalan’ las plantas a través de sus hojas», dice Yong Zhu, coautor del artículo y Andrew A. Adams. Profesor Distinguido de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en NC State.
Los parches en sí son pequeños, de solo 30 milímetros de largo, y consisten en un material flexible que contiene sensores y electrodos basados en nanocables de plata. Los parches se colocan en la parte inferior de las hojas, que tienen una mayor densidad de estomas, los poros que permiten que la planta «respire» intercambiando gases con el medio ambiente.
Los investigadores probaron los nuevos parches en plantas de tomate en invernaderos y experimentaron con parches que incorporaban diferentes combinaciones de sensores. Las plantas de tomate se infectaron con tres patógenos diferentes: el virus del marchitamiento manchado del tomate (TSWV); tizón temprano , que es una infección por hongos; y tizón tardío , que es un tipo de patógeno llamado oomiceto. Las plantas también estuvieron expuestas a una variedad de estreses abióticos, como exceso de riego, condiciones de sequía, falta de luz y altas concentraciones de sal en el agua.
Los investigadores tomaron datos de estos experimentos y los conectaron a un programa de inteligencia artificial para determinar qué combinaciones de sensores funcionaron de manera más efectiva para identificar tanto la enfermedad como el estrés abiótico.
«Nuestros resultados para detectar todos estos desafíos fueron prometedores en general», dice Wei. «Por ejemplo, descubrimos que al usar una combinación de tres sensores en un parche, pudimos detectar el TSWV cuatro días después de que las plantas se infectaron por primera vez. Esta es una ventaja significativa, ya que los tomates normalmente no comienzan a mostrar ningún síntoma físico. de TSWV durante 10 a 14 días».
Los investigadores dicen que están a dos pasos de tener un parche que los productores puedan usar. Primero, necesitan hacer que los parches sean inalámbricos, un desafío relativamente simple. En segundo lugar, deben probar los parches en el campo, fuera de los invernaderos, para asegurarse de que funcionarán en condiciones reales.
«Actualmente estamos buscando socios de la industria y la agricultura que nos ayuden a avanzar en el desarrollo y prueba de esta tecnología», dice Zhu. «Esto podría ser un avance significativo para ayudar a los productores a evitar que los pequeños problemas se conviertan en grandes, y ayudarnos a abordar los desafíos de la seguridad alimentaria de manera significativa».
Más información: Giwon Lee et al, Sensor portátil multimodal montado en la superficie de la hoja abaxial para el monitoreo continuo de la fisiología de la planta, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade2232 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2232
