Розумне сільське господарство. Спеціальні чипи допоможуть ученим моніторити здоров'я рослин
Передбачається, що дослідники зможуть відстежувати наявність патогенів і факторів стресу в рослин за допомогою спеціальних накладок, розміщених на них.
Хвороби рослин щорічно призводять до втрати від 20 до 40% урожаю, що не лише скорочує виробництво харчових продуктів, а й значно скорочує видове розмаїття. І це без урахування фінансової сторони — адже боротьба із захворюваннями рослин потребує колосальних витрат, пише New Atlas.
Продовольча криза з кожним роком лише посилюється, а, за даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН, вже до 2030 року близько 8% всього населення планети зіткнуться з нестачею продовольства. Статистика свідчить про те, що до кінця цього десятиліття 670 мільйонів людей недоїдатимуть.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Саме тому вчені зосередилися на розвитку розумного сільського господарства, що передбачає використання інноваційних технологій, які б дозволили отримувати інформацію безпосередньо від рослин про такі важливі фактори як:
- вода;
- тип ґрунту;
- хвороби;
- фактори ризику довкілля.
Подібні розробки сьогодні вчені розглядають як спосіб забезпечення продовольчої безпеки всього людства. У ході дослідження вчені з Університету штату Північна Кароліна розробили просунутий електронний патч, який носять рослини. Він розміщується безпосередньо на листі й збирає дані про патогенні інфекції та фактори ризику навколишнього середовища. Так дослідники можуть контролювати "здоров'я" рослин і втрутитися до того, як істотну частину врожаю буде втрачено.
Зазначимо, що такі датчики не є чимось новим, а, скоріше, є оновленою версією. Патчі є крихітними накладками, не більш ніж 30 мм у довжину. Вони кріпляться до нижньої частини листка рослини — річ у тому, що саме тут розташовується найбільше продихів і пор, за допомогою яких дихає рослина. Сам патч містить датчики й електроди на основі срібних нанодротів, які дозволяють відстежувати здоров'я рослини в реальному часі.
За словами співавтора дослідження Юн Чжу, нові патчі дозволяють контролювати температуру, вологість навколишнього середовища та кількість вологи, яку поглинають рослини через листя. Щоб перевірити свій новий пластир, дослідники використали помідор, який є одним із найширше споживаних сільськогосподарських продуктів. До того ж рослини томату вкрай сприйнятливі до багатьох патогенів, тому він був чудовим кандидатом для експерименту.
Дослідники розмістили в теплиці томати, заражені трьома патогенами:
- вірусом плямистого в'янення томатів;
- ранньою гниллю (грибкова інфекція);
- фітофторозом, викликаним грибковим патогеном.
Крім того, рослини в теплиці також піддавалися різним стресам, наприклад:
- надмірний полив;
- посуха;
- нестача світла;
- висока засоленість.
Дослідники зібрали дані рослин, а потім використали машинне навчання, щоб зрозуміти, яка модель є найефективнішою для збирання інформації. Вчені дійшли висновку, що для ефективного відстеження рослин потрібно мінімум три датчики.
Експерименти показують, що, використовуючи три датчики на ділянці, вчені змогли визначити хворобу томату вже через чотири дні. Це чудовий результат, тому що, як правило, жодних явних ознак хвороби ці рослини не подають протягом перших 10-14 днів.
Далі дослідники планують зробити накладки бездротовими, а потім протестувати їх за межами теплиці. Якщо це спрацює, працівники сільськогосподарського сектору зможуть відстежувати здоров'я рослин, а щорічні втрати врожаю через хвороби істотно скоротяться.
Раніше Фокус писав про те, що вчені спростовують думку про здатність рослин відчувати біль.