植物病原體檢測大都依賴復雜耗時的分子技術(shù)，且這些技術(shù)有很高的門檻限制。來自北卡羅來納州立大學化學與生物分子工程系的助理教授魏青山開發(fā)了一款應(yīng)用于智能手機的傳感器，可以檢測微生物侵染番茄植株。該系統(tǒng)經(jīng)濟高效，可以識別患病葉片的揮發(fā)性有機物，有望及時發(fā)現(xiàn)病菌，來對抗具有破壞性的作物病害。7 月 29 日，這個研究發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。

圖 | 魏青山團隊用智能手機來檢測植物揮發(fā)性氣體

圖 | 魏青山團隊用智能手機來檢測植物揮發(fā)性氣體

這個系統(tǒng)可以在番茄感病后的 2 天內(nèi)檢測出晚疫病。植物病害會造成約 20% - 40% 的產(chǎn)量損失。晚疫病由名為致病疫霉的微生物引起，這種病菌會快速侵染番茄和馬鈴薯植株，不加治理的病株會在幾天內(nèi)死亡。如果天氣條件適宜，病菌還會快速擴展，導致病害流行。土豆晚疫病曾經(jīng)在 1845 年到 1852 年造成過愛爾蘭 100 萬人死于饑荒。所以愛爾蘭諺語說，世界上有兩樣事情不能開玩笑：愛情和土豆。目前的作物晚疫病檢測主要依賴核酸技術(shù)如 PCR，以及免疫技術(shù)。核酸技術(shù)雖然有特異性和靈敏性，但測定過程太繁瑣；免疫技術(shù)雖然簡便，但靈敏性和特異性不夠。目前的微型檢測裝置還不能兼顧高性能、簡便性和經(jīng)濟性。

圖 | 番茄葉子和檢測用試紙魏青山希望開發(fā)一款色度傳感器。他們使用的化學修飾金納米粒子會與病株葉片釋放的揮發(fā)性有機物發(fā)生反應(yīng)，而手機攝像頭能夠捕捉這種反應(yīng)引起的顏色變化。這款傳感器由 3D 打印的智能手機讀取器進行掃描，用已知濃度的植物揮發(fā)物進行校準，如此可提供健康植株和患病植株揮發(fā)物的定量信息。這款傳感裝置可以在 1 分鐘內(nèi)檢測出 10 種植物揮發(fā)物，包括綠葉揮發(fā)物和植物激素。在一次盲測中，該裝置對晚疫病的檢測準確度高達95%。作者發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)可以在肉眼看到癥狀前就檢測出晚疫病，從而盡早采取行動防止病害傳播。作者認為，如果與不同的比色法指示劑結(jié)合使用，該技術(shù)或能用于檢測其它的植物病害。目前農(nóng)業(yè)病蟲害檢測還用到了可見/近紅外光譜圖像技術(shù)，這是基于計算機圖像處理和模式識別對病害信息自動快速判斷。魏青山告訴 DeepTech，跟光學成像方法比，他們研發(fā)的檢測法更有特異性，因為很多植物疾病的表征可能很相似，只有分子診斷才能區(qū)分。除了能應(yīng)用于晚疫病，這個傳感器還能用于病癥很類似的早疫病檢測。魏青山準備做更多的實地檢測，確保正確率。對于這個新系統(tǒng)的前景，魏青山說，這個試紙只需幾美分，手機附件 50 - 70 美元，這個成本在批量生產(chǎn)后會更低。該研究目前已提交專利，希望以后能推向市場。