Veranda bitkilerini veya bahçenizdeki sebzeleri mevsimsel değişiklikler boyunca canlı tutmaya çalışan herkes bunun ne kadar zor olduğunu bilir. Ani sıcaklık değişimleri (soğuk havalar gibi) ve uzun süren kuraklık dönemleri bitkileri strese sokabilir ve normal biyokimyalarını bozabilir. Bu stres faktörleri yeterince hızlı ele alınmazsa, bitkinin ölümüne yol açabilir. Çoğu zaman, üzücü sonuçları (yaprakların solması veya kahverengileşmesi gibi) çok geç fark ederiz. Ancak Amerikan Kimya Derneği’ndeki (ACS) araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir bitki giyilebilir cihazı, erken uyarı sistemi sunabilir.
Bu hafta ACS Sensors dergisinde ayrıntılarıyla tanıtılan giyilebilir cihaz, bitki yapraklarına doğrudan takılan bir elektromanyetik sensör şeklinde. Amacı, bitkilerin çevresel strese maruz kaldıklarında salgıladıkları bir kimyasal olan hidrojen peroksiti tespit etmek. Sensör, esnek bir tabana monte edilmiş mikroskobik plastik iğnelerden oluşuyor. Bu taban, az miktarda hidrojen peroksiti tespit edebilen ve daha sonra elektrik akımına dönüştüren kitosan bazlı bir hidrojel ile kaplanmış. Bu akımın varlığı, bitki yetiştiricilerini bitkilerinin stres seviyeleri konusunda uyarıyor.
Birkaç deneyde, giyilebilir cihaz, bir patojene maruz bırakılan bitki gruplarında hidrojen peroksitin varlığını doğru bir şekilde belirledi. Araştırmacılar, teorik olarak benzer bir giyilebilir cihazın, daha büyük mahsul verimlerinde stres altındaki bitkileri kurtarılmayacak kadar kötüleşmeden önce tespit etmenin uygun fiyatlı bir yolu olarak uygulanabileceğini belirtiyorlar.
Araştırmacılar makalede, “Bu sensör teknolojisi, bitkilerdeki reaktif oksijen türlerinin yerinde ölçümü için taşınabilir bir cihaz olarak işlev görme potansiyeline sahip ve hidrojen peroksit miktarının belirlenmesi için hızlı ve uygun maliyetli bir çözüm sunuyor” diye yazıyor.
Stres Altındaki Bitkileri Tespit Etmek
Kuraklık, yüksek tuzluluk, zararlılar veya patojenler gibi bir dizi çevresel faktör bitkilerde strese neden olabilir. Bu olduğunda, bitkiler doğal olarak hidrojen peroksit üretir; araştırmacılar bunun “akut stresin bir göstergesi olarak hizmet ettiğini” söylüyor. Bu, bitki hücrelerine çeşitli savunma mekanizmalarını etkinleştirmeleri için sinyal verir. Stres faktörleri çok uzun süre devam ederse, sonunda bitkiyi öldürebilirler. Geçmişte, araştırmacılar bitki stresinin erken belirtilerini küçük örnekler alarak veya floresanstaki değişiklikleri gözlemleyerek izliyorlardı. Ancak bu seçeneklerin hiçbiri mükemmel değil. Numune almak bitkiye zarar verebilir ve kendi başına strese neden olabilirken, floresan değişikliklerini gözlemlemek net bir şekilde tespit etmek zor olabilir.
İşte tam bu noktada bitki giyilebilir cihazı devreye giriyor. Araştırmacılar, bir bitkinin yapraklarına doğrudan bir elektrokimyasal sensör takarak, bitkideki fiziksel bozulmayı minimumda tutarken neredeyse anında bir yanıt alabileceklerine inanıyorlardı. Pratikte, sensörün mikro iğneleri bitki dokusuna nüfuz ederek yaprak özü ekstraksiyonlarına gerek kalmadan hidrojen peroksiti tespit edebiliyor. Mikro iğne yüzeyi, biyouyumlu ve hidrofilik kitosan ve yaban turpu peroksidaz enzimlerinden oluşan bir biyo-hidrojel ile karıştırılmış ince bir altın tabakası ile kaplanmıştır.
Araştırmacılar bu sensörleri birkaç grup tütün ve soya fasulyesi bitkisine taktılar. Bu bitkilerin bir kısmı Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 adı verilen bir bakteriyel patojene maruz bırakılırken, kontroller sağlıklı kaldı. Beklendiği gibi, enfekte bitkilere takılan sensörler hızla hidrojen peroksit belirtileri göstererek stresi işaret etti. Araştırmacılar, sensörler tarafından ölçülen elektrik akımı seviyelerinin de salgılanan hidrojen peroksit miktarıyla “doğrudan ilişkili” olduğunu söylüyor. Aynı yamalar, iğneler aşınıp şeklini kaybetmeden önce dokuz kereye kadar tekrar kullanılabilir.
Araştırmacı ve makalenin ortak yazarı Liang Dong bir açıklamada, “Test başına bir dolardan daha düşük bir maliyetle bir dakikadan kısa sürede doğrudan ölçümler elde edebiliyoruz” dedi. “Bu atılım, analizi önemli ölçüde kolaylaştıracak ve çiftçilerin yama sensörümüzü gerçek zamanlı hastalık mahsul izlemesi için kullanmasını pratik hale getirecek.”
Dong ve ortak yazarları, bu teknolojinin çiftçilerin ve bahçıvanların bitkilerini sağlık bozulması belirtileri açısından uzaktan izlemelerine yardımcı olmak için potansiyel olarak ölçeklendirilebileceği konusunda iyimser. Bu, tarım endüstrisinde bitkilere 7/24 bakım sağlamak için yapay zeka destekli izleme sensörlerini ve hatta otonom robotları dahil etme yönündeki daha büyük, gelişmekte olan bir trendin parçası. Ve riskler yüksek. Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü, her yıl küresel mahsul üretiminin yaklaşık yüzde 20-30’unun zararlılar ve hastalıklar nedeniyle kaybedildiğini ve bunun 220 milyar doları aşan tahmini kayıplara dönüştüğünü tahmin ediyor.
