科技| 智能感測器輕刺植物葉子 測農作物壓力防嚴重失收

[星島綜合報道] 農民若能及早察覺作物出現「壓力」，就能更快採取行動，防止作物嚴重失收。現在，一種新型植物葉片感測器或許能提供幫助，只要植物開始出現壓力，系統就會即時發出警示。

所有類型的植物在進行如光合作用與呼吸作用等自然過程時，都會不斷產生過氧化氫（H2O2）。然而，當植物受到壓力時，會產生更多過氧化氫，藉此在細胞之間傳遞訊號，啟動防禦機制。造成這種反應的壓力源可能包括乾旱、蟲害和感染等。

雖然目前已有一些方法可以偵測植物中升高的H2O2濃度，但大多數都需要摘下一片葉子、帶回實驗室，並經過多道分析程序。另外也有光學裝置能根據植物的螢光強度來推估H2O2濃度，但結果容易受到葉綠素含量影響而失準。而這正是新型感測器的切入點。

該感測器由愛荷華州立大學的Liang Dong教授及其團隊研發，外型為一片平坦柔軟的聚合物貼片，底部排列著一系列鍍金的微針。這一側同時覆蓋著一層水凝膠，主要由一種稱為殼聚醣（chitosan）的生物材料製成。水凝膠中還含有一種酵素，能與過氧化氫反應並產生電子；另一成分氧化石墨烯（graphene oxide）則促使電子在感測器內的電極之間流動，產生電流。

當該裝置貼在植物葉片上時，微針會無害地刺入表層組織，與葉片內的汁液接觸。汁液中若含有較高濃度的過氧化氫，便會產生更多電子，進而產生更強的電訊號。

若訊號強度達到預警標準，連接電池與電子模組的感測器就會透過藍牙將警示發送至農民的手機，或透過Wi-Fi或既有無線網路傳送至家用電腦。

在對大豆與菸草植物進行的實驗中，該感測器能成功區分健康植物與近期感染番茄斑點病菌（Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000）的植物。此外，感測器偵測到的H2O2濃度與傳統化學分析結果一致。

「這個感測器有多種使用方式，」Liang Dong表示：「一種方法是農民在不同植物葉片上即時測量一次；另一種則是長時間將感測器固定在幾株指標性植物上，連續監測數天或數週。目前版本的感測器可重複使用數次，我們也會持續改良以延長使用壽命。」

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