Дослідники Сінгапурсько-Массачусетського технологічного центру (SMART) у співпраці з Лабораторією біологічних наук Temasek розробили портативний оптичний сенсор, здатний вимірювати рівень стресу в рослин. Цей девайс є новим, привабливим для фермерів і науковців інструментом для діагностики та моніторингу стану зелених насаджень у польових умовах.
Точна агротехніка – це надважлива стратегія, спрямована на подолання нестачі продовольства стабільними (еко-френдлі) фермерськими практиками, що, втім, без нових технологій неможливо втілити в життя. Нова розробка SMART – портативний сенсор Raman – надзвичайно корисний у точній агротехніці, де діагностика рівня нестачі азоту в рослин, що може призвести до втрати врожаю, відтепер стала можливою.
У статті наукового журналу Scientific Reports розробники пояснили, яким чином вони спроєктували, сконструювали та випробували затискач девайсу, який дає можливість оптичному сенсору дослідити хімічний склад листочків та встановити загальний рівень стресу рослини.
Наше дослідження показало, що практичні вимірювання, які передбачають використання нового портативного сенсору Raman, за ефективністю не поступаються дослідженням, проведеним настільним спектрометром в лабораторних умовах, – зазначає професор електротехніки та комп’ютерних наук Массачусетського технологічного інституту Раджев Рам, співавтор статті та головний дослідник наукової групи Демонстраційних і стійких технологій для забезпечення точної агротехніки. – Ми показали, що попередня діагностика дефіциту азоту в рослин – необхідного нутрієнта та найважливішого складника добрив – є можливою завдяки одному лише портативному сенсору.
Попри те, що дослідження здебільшого було присвячено вимірюванню рівня азоту, девайс також можна використовувати для визначення інших фенотипів стресу в рослин, як-от брак води, стрес від спеки чи холоду, сольовий або незначний стрес.
«Поки ми сконцентрувалися на ранній та специфічній діагностиці дефіциту азоту, використовуючи датчик із затискачем для листків, наша команда мала також можливість виміряти піки інших метаболітів, які легко виявити у дуже поширених овочах – капусті кай-лан, китайській листовій капусті, салаті, чой-сумі та шпинаті», – каже Чун Хао Хуан, перший співавтор газети й співробітник TLL.
Команда вірить, що отримані нею дані допоможуть фермерам збільшити врожай, забезпечуючи водночас мінімальний вплив на природу, і, зокрема, мінімізуючи забруднення водних екосистем шляхом скорочення викидів азоту та його просочування в ґрунтові води.
“Роботу сенсора продемонстрували на кількох овочах. Узагалі цей пристрій здатен підтримати зусилля з вирощування поживних недорогих овочів у межах сінгапурської ініціативи “30 на 30 “, – говорить професор Нам-Хай, співкерівник дослідження. – Поширення використання девайсу на ширший спектр сільськогосподарських культур може сприяти підвищенню врожайності, стійкості до змін клімату і пом’якшення наслідків забруднення довкілля через скорочення використання добрив”.
Портативна система Raman була розроблена у співпраці з місцевою компанією TechnoSpex.
Програма групи Демонстраційний і стійких технологій для забезпечення точної агротехніки (DiSTAP) спрямована на розв’язання глибоких проблем виготовлення харчової продукції в Сінгапурі та решті світу. Вона передбачає розробку ефективних аналітичних, генетичних та біосинтетичних технологій, які врешті-решт повинні модифікувати біосинтез рослин для задоволення глобального попиту на харчові продукти.
Вчені з MIT, TLL, Наньянського технологічного університету та Національного університету Сінгапуру спільно розробляють нові інструменти для безперервного вимірювання важливих рослинних метаболітів і гормонів для нових відкриттів, а також для глибшого розуміння і контролю біосинтезу рослин, поки що неможливого, особливо із зеленими листовими овочами.
Використання цих нових методів для отримання рослин з бажаними для глобальної продовольчої безпеки властивостями, включно з високою врожайністю, стійкістю до посухи й патогенних мікроорганізмів; розробка нових ферментативних технологій для виробництва летючих органічних сполук, які можуть захистити й / або стимулювати ріст листових овочів; а також застосування цих технологій обов’язково поліпшать роботу фермерських господарств і водночас кинуть виклик глобальним продовольчим проблемам.
