Для удовлетворения растущего мирового спроса на продовольствие необходимо повысить урожайность сельскохозяйственных культур за счет эффективного фенотипирования. Фенотипирование на основе оптических изображений позволило добиться значительных успехов в селекции растений и управлении сельскохозяйственными культурами, но сталкивается с ограничениями в пространственном разрешении и точности из-за бесконтактного подхода.
Носимые датчики, использующие контактные измерения, представляют собой многообещающую альтернативу для мониторинга фенотипов растений и окружающей среды непосредственно на месте. Несмотря на первые успехи в мониторинге роста растений и микроклимата, полный потенциал носимых датчиков для фенотипирования растений остается в значительной степени нераскрытым.
В июле 2023 года журнал Plant Phenomics опубликовал обзорную статью под названием «Носимые датчики: новые инструменты сбора данных для фенотипирования растений». Цель этой статьи — изучить возможности носимых датчиков для мониторинга различных факторов, связанных с растениями и окружающей средой, подчеркнув их высокое разрешение, универсальность и минимальную инвазивность, а также рассмотреть существующие проблемы и предложить решения.
Носимые датчики предлагают революционный подход к фенотипированию растений, преодолевая ограничения традиционных бесконтактных методов, таких как оптическая визуализация. Они обеспечивают высокое пространственное разрешение, универсальность и минимальную инвазивность, позволяя измерять различные фенотипы растений, такие как удлинение, температура листьев, увлажнение, биопотенциал и реакции на стресс.
Инновационные технологии, такие как растяжимые тензометрические датчики и гибкие электродные сенсоры, адаптируются к росту и морфологии растений, что позволяет проводить мониторинг в режиме реального времени непосредственно на месте.
В отличие от оптической визуализации, носимые датчики менее подвержены влиянию факторов окружающей среды и могут предоставлять более точные данные. При мониторинге температуры и влажности листьев носимые датчики используют беспроводную связь и современные материалы для обеспечения надежных и точных измерений.
Датчики с гибкими электродами обеспечивают прогресс в измерении биопотенциалов, минимизируют повреждения растений и обеспечивают непрерывный мониторинг. Выявление стрессовых реакций можно улучшить, используя датчики, отслеживающие ранние признаки заболеваний или воздействия факторов окружающей среды, таких как ультрафиолетовое излучение и озон.
Носимые датчики также превосходно справляются с мониторингом окружающей среды, оценивая такие факторы, как температура воздуха, влажность, освещенность и наличие пестицидов. Многофункциональные датчики на легких, эластичных платформах собирают данные в режиме реального времени, что имеет решающее значение для понимания микросреды, влияющей на рост растений.
Хотя носимые датчики обладают большим потенциалом для фенотипирования растений, они также сталкиваются с такими проблемами, как помехи росту растений, слабые интерфейсы связывания, ограниченный набор типов сигналов и малая зона мониторинга. Решения включают в себя легкие, мягкие, эластичные и прозрачные материалы, а также передовые технологии склеивания и интеграцию нескольких режимов измерения.
По мере дальнейшего развития технологий носимых датчиков ожидается, что они сыграют ключевую роль в ускорении фенотипирования растений, обеспечивая более глубокое понимание взаимодействия растений с окружающей средой.
Дата публикации: 24 июля 2024 г.