2023年4月，北卡羅來納州立大學(xué)GIWON LEE等人在Science Advances發(fā)表了題為Abaxial leaf surface-mounted multimodal wearable sensor for continuous plant physiology monitoring的文章，報道了一種附在葉片上的可穿戴式多模態(tài)傳感器，通過檢測生化和生理信號來實時監(jiān)測植物的健康狀態(tài)，并開發(fā)了機器學(xué)習(xí)模型用于植物的早期疾病檢測。

doi : 10.1126/sciadv.ade2232

01

監(jiān)測植物健康的傳感器技術(shù)

.

光譜成像(imaging and spectroscopic)

生物納米傳感器(bionanosensors)

移動智能設(shè)備(smartphone-based devices)

遙感(remote sensing)

電生理傳感(electrophysiological sensing)

02

植物狀態(tài)與光合作用、蒸騰作用、呼吸作用和氣體交換等多種因素有關(guān)，為準(zhǔn)確監(jiān)測植物健康狀況，該研究設(shè)計了一個由七個傳感器組成的設(shè)備，包括四個電阻式VOC(揮發(fā)性有機化合物)傳感器、一個電容式葉表面濕度傳感器、一個電阻式葉片溫度傳感器和一個電容式環(huán)境濕度傳感器。

03

為驗證該設(shè)備對植物的適用性，將其安裝在非生物脅迫的番茄活體植株上(測試機械損失的響應(yīng))。結(jié)果顯示VOC傳感器比其它傳感器能捕獲到更明顯和更即時的響應(yīng)信號，表明生化傳感器在檢測急性植物組織損傷方面比生物或物理傳感器更靈敏。

04

該研究還在活體番茄TSWV(病毒病原體)和早疫病的響應(yīng)上測試了設(shè)備，結(jié)果表明監(jiān)測蒸騰速比監(jiān)測揮發(fā)性有機化合物信號更能有效判斷植物是否感病，這也許是因為植物葉片氣孔因病原體入侵而關(guān)閉。

05

為定量評估設(shè)備檢測早期病原體入侵植物的程度，該研究使用基于主成分分析(PCA)的無監(jiān)督機器學(xué)習(xí)方法來分析實時傳感器數(shù)據(jù)。結(jié)果表明生化VOC傳感器精確度最高，葉表濕度傳感器的效率較好。

此文章展示了一種用于葉片的多模態(tài)可穿戴傳感器貼片，檢測植物的生化和生理參數(shù)用于實時監(jiān)測植物健康狀態(tài)；還開發(fā)了機器學(xué)習(xí)分析框架，以定量評估設(shè)備對于植物早期病原體檢測能力，并篩選出不同監(jiān)測任務(wù)的最佳組合。

doi :10.1126/sciadv.ade2232

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