植物病原體檢測(cè)大都依賴(lài)復(fù)雜耗時(shí)的分子技術(shù)，且這些技術(shù)有很高的門(mén)檻限制。來(lái)自北卡羅來(lái)納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的助理教授魏青山開(kāi)發(fā)了一款應(yīng)用于智能手機(jī)的傳感器，可以檢測(cè)微生物侵染番茄植株。該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效，可以識(shí)別患病葉片的揮發(fā)性有機(jī)物，有望及時(shí)發(fā)現(xiàn)病菌，來(lái)對(duì)抗具有破壞性的作物病害。7 月 29 日，這個(gè)研究發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。

圖 | 魏青山團(tuán)隊(duì)用智能手機(jī)來(lái)檢測(cè)植物揮發(fā)性氣體

圖 | 魏青山團(tuán)隊(duì)用智能手機(jī)來(lái)檢測(cè)植物揮發(fā)性氣體

這個(gè)系統(tǒng)可以在番茄感病后的 2 天內(nèi)檢測(cè)出晚疫病。植物病害會(huì)造成約 20% - 40% 的產(chǎn)量損失。晚疫病由名為致病疫霉的微生物引起，這種病菌會(huì)快速侵染番茄和馬鈴薯植株，不加治理的病株會(huì)在幾天內(nèi)死亡。如果天氣條件適宜，病菌還會(huì)快速擴(kuò)展，導(dǎo)致病害流行。土豆晚疫病曾經(jīng)在 1845 年到 1852 年造成過(guò)愛(ài)爾蘭 100 萬(wàn)人死于饑荒。所以愛(ài)爾蘭諺語(yǔ)說(shuō)，世界上有兩樣事情不能開(kāi)玩笑：愛(ài)情和土豆。目前的作物晚疫病檢測(cè)主要依賴(lài)核酸技術(shù)如 PCR，以及免疫技術(shù)。核酸技術(shù)雖然有特異性和靈敏性，但測(cè)定過(guò)程太繁瑣；免疫技術(shù)雖然簡(jiǎn)便，但靈敏性和特異性不夠。目前的微型檢測(cè)裝置還不能兼顧高性能、簡(jiǎn)便性和經(jīng)濟(jì)性。

圖 | 番茄葉子和檢測(cè)用試紙魏青山希望開(kāi)發(fā)一款色度傳感器。他們使用的化學(xué)修飾金納米粒子會(huì)與病株葉片釋放的揮發(fā)性有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，而手機(jī)攝像頭能夠捕捉這種反應(yīng)引起的顏色變化。這款傳感器由 3D 打印的智能手機(jī)讀取器進(jìn)行掃描，用已知濃度的植物揮發(fā)物進(jìn)行校準(zhǔn)，如此可提供健康植株和患病植株揮發(fā)物的定量信息。這款傳感裝置可以在 1 分鐘內(nèi)檢測(cè)出 10 種植物揮發(fā)物，包括綠葉揮發(fā)物和植物激素。在一次盲測(cè)中，該裝置對(duì)晚疫病的檢測(cè)準(zhǔn)確度高達(dá)95%。作者發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)可以在肉眼看到癥狀前就檢測(cè)出晚疫病，從而盡早采取行動(dòng)防止病害傳播。作者認(rèn)為，如果與不同的比色法指示劑結(jié)合使用，該技術(shù)或能用于檢測(cè)其它的植物病害。目前農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害檢測(cè)還用到了可見(jiàn)/近紅外光譜圖像技術(shù)，這是基于計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別對(duì)病害信息自動(dòng)快速判斷。魏青山告訴 DeepTech，跟光學(xué)成像方法比，他們研發(fā)的檢測(cè)法更有特異性，因?yàn)楹芏嘀参锛膊〉谋碚骺赡芎芟嗨?，只有分子診斷才能區(qū)分。除了能應(yīng)用于晚疫病，這個(gè)傳感器還能用于病癥很類(lèi)似的早疫病檢測(cè)。魏青山準(zhǔn)備做更多的實(shí)地檢測(cè)，確保正確率。對(duì)于這個(gè)新系統(tǒng)的前景，魏青山說(shuō)，這個(gè)試紙只需幾美分，手機(jī)附件 50 - 70 美元，這個(gè)成本在批量生產(chǎn)后會(huì)更低。該研究目前已提交專(zhuān)利，希望以后能推向市場(chǎng)。