(A) 應用熱凝膠監(jiān)測來自多毛莖植物的電勢信號 (Luo et al., 2021)。(B) 印刷導電聚合物使阻抗譜能夠檢測臭氧損害（Kim 等人，2020 年）。(C) 使用智能手機集成的化學傳感器陣列檢測植物 VOCs (Li et al., 2019)。(D) 傳感器陣列在暴露于感染 Pseudomonas infestans 的番茄植物后的差異顯色響應 (Li et al., 2019)。(E) 主成分分析 (PCA) 圖基于化學傳感器陣列區(qū)分番茄植物的致病性感染 (Li et al., 2019)。圖片來源：植物科學前沿（2022 年）。DOI: 10.3389/fpls.2022.884454

來自麻省理工學院在新加坡的研究企業(yè)新加坡麻省理工學院研究與技術聯盟 (SMART) 的顛覆性與可持續(xù)農業(yè)技術 (DiSTAP) 跨學科研究小組 (IRG) 的研究人員，以及來自材料研究所的當地合作者和新加坡國立大學 (NUS) 工程部 (IMRE)、科學、技術和研究局 (A*STAR) 以及化學和生物分子工程系 (ChBE) 發(fā)表了一篇評論，討論了非破壞性植物健康監(jiān)測，從基于電化學的陣列到納米傳感器和電子鼻，以及為什么跟蹤植物健康是一種有吸引力且可持續(xù)的策略，可用于優(yōu)化作物生長實踐。該審查旨在激發(fā)植物健康診斷無損技術的未來發(fā)展。

為滿足全球糧食的迫切需求并為可持續(xù)農業(yè)鋪平道路，農業(yè)技術的進步和采用對于緩解全球1.93 億嚴重糧食人口的狀況至關重要。然而，在提高作物產量和生產力時，需要實施可持續(xù)的做法限度地減少對環(huán)境的破壞。傳統上，農民通常只能在修復措施有限的階段注意到他們的作物健康狀況惡化的跡象。

此外，目前通過基于色譜的分析技術進行的測試是破壞性的，因為它需要沖出會導致受傷和組織破裂的葉子樣本。這些方法也很費力，包括對每個數據點的多個植物樣本進行基于實驗室的提取和處理。因此，科學家們一直在推進農業(yè)領域，開發(fā)新型傳感器和分析工具來幫助農民指導農場管理決策。對植物代謝物使用非破壞性或微創(chuàng)傳感器已成為實時監(jiān)測植物信號通路和植物對指示整體植物健康的外部條件的反應的基本分析工具. 這些傳感器可以整合到未來的農業(yè)實踐中，并在使用準確、預測和環(huán)境可控農業(yè)的高科技城市農場中實施。

“鑒于全球人口增長和對糧食的擔憂導致對糧食的需求不斷增加，開發(fā)創(chuàng)新和可持續(xù)的技術和工具來提高作物產量和質量是及時和必要的。無損植物健康監(jiān)測是其中之一DiSTAP 研究員兼科學總監(jiān) Gajendra Pratap Singh 博士說：

該團隊在發(fā)表在《植物科學前沿》雜志上的題為“植物健康診斷的無損技術”的評論文章中解釋了他們的研究。研究結果表明，傳感器可以大致分為檢測內部（體內傳感器）和外部（植物表面和空氣傳播）信號分子的傳感器。

體內傳感器基于電化學傳感器或植物納米仿生傳感器。近期的納米技術進步使電化學和植物納米仿生傳感器能夠利用獨特的電化學和光學特性表現出更高的靈敏度和選擇性。除了內部信號分子外，植物還會在其器官表面以及通過空氣中的代謝物（如揮發(fā)性有機化合物 (VOC)）發(fā)出信號，以進行植物間的交流。檢測內部和外部線索，例如表面和空氣傳播的化合物，可以對植物病害進行非侵入性和實時診斷。

此外，傳感器將植物信號轉換為數字信號，以建立植物和種植者之間的直接通信。A*STAR IMRE 科學家兼兼職助理 Tedrick Thomas Salim Lew 博士補充說：“通過實時利用植物的生理事件，非破壞性傳感器能夠迅速調整環(huán)境條件，以提高作物生產力，同時有限度地減少資源使用。” NUS ChBE教授，文章的通訊作者。

“該評論深入了解了傳感器的用途，這些傳感器已成功地從各種重要的農業(yè)植物物種中提取時空信息。傳感器將開啟實時反饋控制方案的可能性，有助于施用肥料和植物生長調節(jié)劑以有限度地提高生長，并促進及時干預以有限度地減少植物脅迫造成的產量損失，”DiSTAP 研究科學家和該文章的作者 Mervin Ang 說。

為了應對新加坡和世界食品生產中的重大挑戰(zhàn)，DiSTAP 多年來推出了新型分析工具，這些工具快速、無損，能夠實時檢測和提供來自活植物的信息。這項審查旨在推進可用于研究田間農業(yè)相關作物的技術，彌合植物生物學中常用的模式植物與經濟重要作物之間的知識差距。