För att hantera den ökande globala efterfrågan på livsmedel finns det ett behov av att förbättra skördarna genom effektiv fenotypning. Optisk bildbaserad fenotypning har möjliggjort betydande framsteg inom växtförädling och grödhantering, men har begränsningar i rumslig upplösning och noggrannhet på grund av dess kontaktfria metod.
Bärbara sensorer som använder kontaktmätningar erbjuder ett lovande alternativ för in situ-övervakning av växtfenotyper och deras miljö. Trots tidiga framsteg inom övervakning av växttillväxt och mikroklimat är den fulla potentialen hos bärbara sensorer för växtfenotypning fortfarande i stort sett outnyttjad.
I juli 2023 publicerade Plant Phenomics en översiktsartikel med titeln ”Wearable Sensors: New Data Collection Tools for Plant Phenotyping”. Syftet med denna artikel är att undersöka bärbara sensorers förmåga att övervaka olika växt- och miljöfaktorer, med fokus på deras höga upplösning, mångsidighet och minimala invasivitet, samtidigt som de tar itu med befintliga problem och tillhandahåller lösningar.
Bärbara sensorer erbjuder en revolutionerande metod för växtfenotypning och övervinner begränsningarna med traditionella beröringsfria metoder som optisk avbildning. De erbjuder hög spatial upplösning, mångsidighet och minimal invasivitet, vilket möjliggör mätning av olika växtfenotyper såsom förlängning, bladtemperatur, hydrering, biopotential och stressresponser.
Innovativa tekniker som töjbara töjningsgivare och flexibla elektrodsensorer anpassar sig till växternas tillväxt och morfologi, vilket underlättar övervakning i realtid på plats.
Till skillnad från optisk avbildning är bärbara sensorer mindre känsliga för miljöfaktorer och kan ge mer exakta data. Vid övervakning av bladtemperatur och fuktighet använder bärbara sensorer trådlös anslutning och avancerade material för att ge tillförlitliga och exakta mätningar.
Sensorer med flexibla elektroder ger framsteg inom mätning av biopotentialer, minimerar växtskador och ger kontinuerlig övervakning. Detektering av stressreaktioner kan förbättras genom att använda sensorer som övervakar tidiga tecken på sjukdom eller miljöstress, såsom ultraviolett strålning och ozonexponering.
Bärbara sensorer utmärker sig också vid miljöövervakning, där de bedömer faktorer som lufttemperatur, luftfuktighet, ljus och förekomsten av bekämpningsmedel. Multimodala sensorer på lätta, töjbara plattformar samlar in realtidsdata som är avgörande för att förstå de mikromiljöer som påverkar växttillväxt.
Även om bärbara sensorer har mycket potential för växtfenotypning, står de också inför utmaningar som störningar i växttillväxt, svaga bindningsgränssnitt, begränsade signaltyper och liten övervakningstäckning. Lösningar inkluderar lätta, mjuka, töjbara och transparenta material, samt avancerade bindningstekniker och integration av flera mätlägen.
I takt med att bärbar sensorteknik fortsätter att utvecklas förväntas den spela en nyckelroll i att påskynda växtfenotypning, vilket ger större insikt i interaktioner mellan växt och miljö.
Publiceringstid: 24 juli 2024