科学家开发的新型分析工具是下一代农业发展的关键

  • 植物纳米传感器和拉曼光谱法是研究植物和监测植物健康的两种新兴分析技术和工具,从而使植物科学方面的研究机会得以实现,而迄今为止,传统基因技术(例如基因工程技术)难以实现。
  • 与物种无关的分析工具快速且无损,克服了当前的局限性,并提供了大量的实时信息,例如早期植物胁迫检测和激素信号传递,这些信息对于植物生长和产量至关重要
  • 前瞻性研究评估了工具的进一步发展及其经济潜力,并讨论了成功整合到传统农业和城市农业的未来农业实践中的实施策略

新一代分析技术将使传统农业和城市农业的可持续实践成为可能。麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)和可持续性农业精确技术(DiSTAP)跨学科研究小组(IRG)以及淡马锡生命科学实验室( TLL),强调了最近开发的快速且无损的分析工具的潜力,并通过第一代示例进行了概念验证。该分析工具能够实时提供有关活体植物的组织-细胞或细胞器特异性信息,并可用于任何植物物种。

SMART DiSTAP研究人员在权威杂志自然植物上发表了一篇名为“与物种无关的下一代农业分析工具”的观点论文,回顾了两种下一代工具(工程化植物纳米传感器和便携式拉曼光谱法)的发展,以检测生物和植物。非生物胁迫,监测植物激素信号传导以及以非侵入性或微创方式表征土壤,植物生物群和作物健康。研究人员讨论了这些工具如何弥合实验室模型植物与农业相关植物的田间应用之间的鸿沟。本文还评估了这些技术在未来农业实践中的应用前景,经济潜力以及实施策略。

科学家开发的新型分析工具是下一代农业发展的关键

根据联合国的估计,在未来30年内,全球人口预计将增长20亿,从而满足对人口增长的粮食和农产品需求的增长。如今,生物和非生物环境压力(例如植物病原体,温度的突然波动,干旱,土壤盐分和有毒金属污染)(由于气候变化而加剧)损害了作物的生产力,并导致全世界农业产量的重大损失。

据估计,五种具有全球重要性的主要农作物(小麦,水稻,马铃薯和大豆)的单产损失是由农作物病原体和昆虫引起的;在已经遭受粮食不安全困扰的地区,农作物损失最高。在这种背景下,需要对创新技术和工具进行研究,以实现可持续农业实践并满足对粮食不断增长的需求-由于COVID-19大流行,这一问题已引起世界各国政府的关注。

由SMART DiSTAP开发的植物纳米传感器是小型的纳米传感器-小于头发的宽度-可以插入植物的组织和细胞中以了解复杂的信号传导途径。同样由SMART DiSTAP开发的便携式拉曼光谱仪是一种基于激光的便携式设备,可测量由激光激发引起的分子振动,提供高度特异性的拉曼光谱特征,为植物的健康提供指纹。这些工具能够在几秒钟到几分钟的短时间内监控压力信号,从而可以实时及早地检测压力信号。

植物是动态生态系统中的高度复杂的机器,对其内部运作方式及其生态系统的各种微生物群落进行基础研究对于发现有意义的信息非常重要,这些信息将有助于农民并促进可持续的农业实践。这些下一代工具可以帮助应对植物生物学中的关键挑战,

早期植物压力检测对于及时进行干预并提高针对植物中特定类型胁迫条件的管理决策的有效性至关重要。这些能够研究植物健康并实时报告压力事件的工具开发将使植物生物学家和农民都受益。从这些工具获得的数据可以转换为有用的信息,供农民实时做出管理决策,以防止产量下降和作物质量下降。

与物种无关的工具还为研究人员提供了植物科学方面的新研究机会。与仅适用于实验室环境中的模型植物的常规基因工程技术相反,新工具适用于任何能够研究先前与农业相关的农作物的植物物种。这些工具的采用可以增强研究人员对植物科学的基本理解,并有可能弥合模型植物与非模型植物之间的鸿沟。

这些工具为实时反馈控制方案的发展提供了可能性,该方案将加速和改善植物的生长通过为未来的城市农业提供最佳的植物生长条件,从而提高产量,营养和烹饪特性。

为了促进这些技术在农业中的广泛应用,必须验证它们的经济潜力和可靠性,确保它们比现有方法更具成本效益和更有效,植物纳米传感器和拉曼光谱仪可以使农民根据植物内部的反应来调整肥料和水的使用,以优化生长,提高资源利用的成本效益。

工程师,植物生物学家和数据科学家之间的合作,以及在野外条件下对新工具的进一步测试,以及对它们的技术稳定性和经济潜力的严格评估,对于确保未来农业技术的可持续实施至关重要。获取更多前沿科技 信息 请持续关注:https://byteclicks.com

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