Чтобы удовлетворить растущий глобальный спрос на продовольствие, необходимо повышать урожайность сельскохозяйственных культур посредством эффективного фенотипирования. Оптическое фенотипирование на основе изображений позволило добиться значительных успехов в селекции и управлении сельскохозяйственными культурами, но из-за бесконтактного подхода имеет ограничения по пространственному разрешению и точности.
Носимые датчики, использующие контактные измерения, представляют собой многообещающую альтернативу для мониторинга фенотипов растений и окружающей среды in situ. Несмотря на первые успехи в области мониторинга роста растений и микроклимата, потенциал носимых датчиков для фенотипирования растений остаётся в значительной степени неиспользованным.
В июле 2023 года журнал Plant Phenomics опубликовал обзорную статью под названием «Носимые датчики: новые инструменты сбора данных для фенотипирования растений». Цель данной статьи — исследовать возможности носимых датчиков для мониторинга различных факторов растений и окружающей среды, отмечая их высокое разрешение, универсальность и минимальную инвазивность, а также выявляя существующие проблемы и предлагая 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, гидратация, биопотенциал и реакция на стресс.
Инновационные технологии, такие как эластичные тензодатчики и гибкие электродные датчики, адаптируются к росту и морфологии растений, облегчая мониторинг в режиме реального времени на месте.
В отличие от оптических датчиков, носимые датчики менее восприимчивы к факторам окружающей среды и могут предоставлять более точные данные. При мониторинге температуры и влажности листьев носимые датчики используют беспроводное подключение и современные материалы для обеспечения надежных и точных измерений.
Датчики с гибкими электродами обеспечивают улучшенные возможности измерения биопотенциалов, минимизируя повреждения растений и обеспечивая непрерывный мониторинг. Обнаружение стрессовых реакций можно улучшить, используя датчики, отслеживающие ранние признаки заболеваний или воздействия окружающей среды, такие как ультрафиолетовое излучение и воздействие озона.
Носимые датчики также отлично справляются с мониторингом окружающей среды, оценивая такие факторы, как температура воздуха, влажность, освещённость и наличие пестицидов. Мультимодальные датчики на лёгких растяжимых платформах собирают данные в режиме реального времени, которые критически важны для понимания микросреды, влияющей на рост растений.
Хотя носимые датчики весьма перспективны для фенотипирования растений, они также сталкиваются с такими проблемами, как влияние на рост растений, слабые интерфейсы связывания, ограниченные типы сигналов и небольшая зона охвата мониторинга. Решения включают в себя лёгкие, 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.
Время публикации: 24 июля 2024 г.