Aby sa dalo zvládnuť rastúci globálny dopyt po potravinách, je potrebné zlepšiť výnosy plodín prostredníctvom efektívneho fenotypovania. Fenotypovanie na základe optického obrazu umožnilo významný pokrok v šľachtení rastlín a manažmente plodín, ale čelí obmedzeniam v priestorovom rozlíšení a presnosti kvôli svojmu bezkontaktnému prístupu.
Nositeľné senzory využívajúce kontaktné merania ponúkajú sľubnú alternatívu pre in situ monitorovanie rastlinných fenotypov a ich prostredia. Napriek skorým pokrokom v monitorovaní rastu rastlín a mikroklímy zostáva plný potenciál nositeľných senzorov pre fenotypizáciu rastlín do značnej miery nevyužitý.
V júli 2023 časopis Plant Phenomics publikoval prehľadový článok s názvom „Nositeľné senzory: Nové nástroje na zber údajov pre fenotypizáciu rastlín“. Cieľom tohto článku je preskúmať schopnosť nositeľných senzorov monitorovať rôzne rastlinné a environmentálne faktory, pričom sa zdôrazňuje ich vysoké rozlíšenie, všestrannosť a minimálna invazívnosť, pričom sa zároveň riešia existujúce problémy a ponúkajú riešenia.
Nositeľné senzory ponúkajú revolučný prístup k fenotypizácii rastlín a prekonávajú obmedzenia tradičných bezkontaktných metód, ako je optické zobrazovanie. Ponúkajú vysoké priestorové rozlíšenie, všestrannosť a minimálnu invazívnosť, čo umožňuje meranie rôznych rastlinných fenotypov, ako je predĺženie, teplota listov, hydratácia, biopotenciál a stresové reakcie.
Inovatívne technológie, ako sú roztiahnuteľné tenzometre a flexibilné elektródové senzory, sa prispôsobujú rastu a morfológii rastlín, čo umožňuje monitorovanie v reálnom čase na mieste.
Na rozdiel od optického zobrazovania sú nositeľné senzory menej citlivé na faktory prostredia a môžu poskytovať presnejšie údaje. Pri monitorovaní teploty a vlhkosti listov nositeľné senzory využívajú bezdrôtové pripojenie a pokročilé materiály na poskytovanie spoľahlivých a presných meraní.
Senzory s flexibilnými elektródami poskytujú pokroky v meraní biopotenciálov, minimalizujú poškodenie rastlín a zabezpečujú nepretržité monitorovanie. Detekciu stresových reakcií možno zlepšiť použitím senzorov, ktoré monitorujú včasné príznaky choroby alebo environmentálneho stresu, ako je ultrafialové žiarenie a vystavenie ozónu.
Nositeľné senzory tiež vynikajú v monitorovaní životného prostredia, pričom posudzujú faktory, ako je teplota vzduchu, vlhkosť, svetlo a prítomnosť pesticídov. Multimodálne senzory na ľahkých, roztiahnuteľných platformách zhromažďujú údaje v reálnom čase, ktoré sú kľúčové pre pochopenie mikroprostredia, ktoré ovplyvňuje rast rastlín.
Hoci nositeľné senzory predstavujú veľký prísľub pre fenotypizáciu rastlín, čelia aj výzvam, ako je interferencia s rastom rastlín, slabé väzbové rozhrania, obmedzené typy signálov a malé pokrytie monitorovania. Riešenia zahŕňajú ľahké, mäkké, elastické a priehľadné materiály, ako aj pokročilé technológie spájania a integráciu viacerých režimov merania.
S neustálym pokrokom v technológii nositeľných senzorov sa očakáva, že bude hrať kľúčovú úlohu pri urýchľovaní fenotypizácie rastlín a poskytne lepší prehľad o interakciách medzi rastlinami a prostredím.
Čas uverejnenia: 24. júla 2024