一種安裝在葉片上的傳感器可實時測量植物激素水平，為了解植物健康狀況提供線索，并有望用于農(nóng)業(yè)中疾病或脅迫的早期檢測。圖片來源：2025 年阿卜杜拉國王科技大學(xué)。

一種能夠以最小損傷精確且實時測量植物激素濃度的傳感器，有助于揭示激素如何影響植物對疾病和脅迫的反應(yīng)。經(jīng)過進一步開發(fā)，它還可能成為農(nóng)業(yè)工具包的一部分，用于疾病或脅迫的早期檢測，使農(nóng)民能夠在作物遭受大面積損害前進行干預(yù)。

一篇描述這項技術(shù)的論文發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上。

植物激素調(diào)控著植物生命周期的關(guān)鍵方面，包括生長和對環(huán)境的反應(yīng)。在這項研究中，阿卜杜拉國王科技大學(xué)的研究人員重點關(guān)注了兩種與脅迫和疾病反應(yīng)相關(guān)的激素：水楊酸和生長素。

現(xiàn)有的測量這些激素及其他激素濃度的技術(shù)依賴于基因工程或破壞性取樣，且不能輕易用于非模式植物。雖然這些技術(shù)在實驗室研究中很有效，但對于農(nóng)業(yè)應(yīng)用來說，它們既費力又昂貴。此外，這些技術(shù)只能提供某一時刻的單一數(shù)據(jù)，而無法實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測。

這種新型傳感器克服了這些問題。它是一種電化學(xué)傳感器，基于電氧化電流的變化來檢測生長素和水楊酸的濃度。

電極被放置在葉片表面，微針則刺入葉片的外表面。鉑微針上涂有碳納米管和磁鐵礦的基質(zhì)，形成一個可以與生長素和水楊酸結(jié)合的復(fù)雜表面。

當(dāng)在電極兩端施加電壓時，電子會從激素轉(zhuǎn)移到微針上。傳感器通過測量電子的轉(zhuǎn)移（即電流）來確定激素的濃度。

研究人員表明，該傳感器能夠在煙草和擬南芥植物中分別或同時測量生長素和水楊酸。與其他檢測方法不同，該傳感器還可用于非模式植物，這使其成為農(nóng)業(yè)田間應(yīng)用的一種很有前景的工具。

測量水楊酸和生長素的水平可以表明植物是否在應(yīng)對脅迫或抵抗疾病。

“這項技術(shù)可以與其他元素結(jié)合，例如將哨兵植物進行基因改造，使其對特定類型的脅迫更敏感，” 該研究的負責(zé)人阿卜杜拉・布克漢辛解釋道。

“這是植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一項令人興奮的進展，” 該研究的資深作者哈立德・薩拉馬說，“能夠在不傷害植物的情況下實時監(jiān)測植物脅迫，為我們了解它們在惡劣條件下的反應(yīng)打開了一扇窗�！�

“這對于像沙特阿拉伯這樣的國家來說尤為重要，在那里，極端高溫和水資源有限對農(nóng)民來說是一大挑戰(zhàn)。這樣的工具有助于提高沙特阿拉伯乃至全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性和抗風(fēng)險能力�！�

在這項技術(shù)投入田間使用之前，仍有一些障礙需要克服。需要通過反復(fù)測量來跟蹤一段時間內(nèi)的激素水平，但隨著電極上物質(zhì)的積累，傳感器的有效性會下降。研究人員引入了一種電化學(xué)清潔方法，顯著延長了傳感器的使用壽命，但布克漢辛表示，這還不足以滿足田間使用的需求。

“目前，它是一種很棒的研究工具。我們的目標是對其進行改造，使其能用于農(nóng)場，” 布克漢辛說，“農(nóng)民可以部署它，檢測脅迫，了解植物的狀況，并及早進行干預(yù)。例如，如果發(fā)生了某種疾病，他們可以盡早發(fā)現(xiàn)，在病原體擴散之前采取行動。這將減少需要處理的區(qū)域，并有助于減輕商業(yè)損失和產(chǎn)量損失。”

更多信息：阿卜杜拉・H・布克漢辛等人，《吲哚和苯酚衍生植物激素的體內(nèi)動態(tài)：長期、連續(xù)、微創(chuàng)的植物激素傳感器》，《科學(xué)進展》（2025 年）。DOI: 10.1126/sciadv.ads8733

期刊信息：《科學(xué)進展》

提供者：阿卜杜拉國王科技大學(xué)