Учёные создали цветные сенсоры для мониторинга здоровья растений

Исследователи из Kostas Research Institute в Берлингтоне разработали сенсоры, меняющие цвет в зависимости от состояния растений. Автор: Мэттью Модоно/Northeastern University

Хотите знать, действительно ли растения в вашем домашнем саду чувствуют себя хорошо? Группа исследователей из Северо-Восточного университета разработала сенсоры, которые меняют цвет, указывая на состояние здоровья растений. Эта технология может использоваться не только для комнатных растений, но и для мониторинга сельскохозяйственных культур на небольших фермах, помогая справляться с экологическими стрессами, такими как изменения погоды, загрязнение и болезни.

«Это заполняет пробел», — сказала Джози Чичеро, магистрантка по морской биологии в Северо-Восточном университете и одна из соавторов исследования.

По словам Чичеро, современные методы проверки здоровья растений очень дороги.

«[Они] требуют много времени на обработку и недоступны для многих людей, — пояснила Чичеро. — В то время как это устройство позволяет оценить уровень стресса растений за пару минут прямо в поле, без необходимости собирать образцы, отправлять их и тратить сотни или тысячи долларов, чтобы получить результаты через неделю».

Идея такого сенсора возникла благодаря цветку незокодону, который растёт на острове Маврикий и, как считается, опыляется гекконами. Нектар незокодона меняет цвет в зависимости от концентрации небольшой молекулы пролина — универсального биомаркера здоровья растений, объяснил Дэн Уилсон, ведущий научный сотрудник Kostas Research Institute и соавтор исследования.

«Мы использовали эту реакцию и цветовую схему, чтобы создать сенсоры, которые претерпевают такое же изменение цвета, — сказал Уилсон. — Но они делают это дозозависимым образом, так что по интенсивности изменения цвета мы можем судить о состоянии здоровья растения и наличии у него стресса».

Исследование, опубликованное в журнале ACS Agricultural Science & Technology, показало, что в ответ на стресс (недостаток воды, токсичные металлы в почве, избыток солнечного света и тепла) растения вырабатывают повышенные уровни пролина.

Цветовой сенсор, созданный на основе бумаги и содержащий синапальдегид, реагирует на пролин, образуя красный пигмент незокодин. Если растение здорово, сенсор остаётся бледно-жёлтым, а при высоком уровне стресса становится ярко-красным.

«Это качественная реакция. Вы можете просто посмотреть и увидеть: жёлтый, оранжевый… Мы также можем отсканировать его и получить количественную оценку», — добавила Чичеро.

Технология проста в использовании: небольшой кусочек листа измельчают, добавляют этанол для выделения пролина, а затем погружают в раствор сенсор. Весь процесс занимает около 15 минут. В будущем исследователи планируют создать биоразлагаемые версии сенсоров.

Учёные уже протестировали систему на капусте, кейле, брюссельской капусте и брокколи и надеются расширить список культур. В отличие от дорогостоящих методов, применяемых в крупных агрохолдингах (например, дроны со спецкамерами), эта разработка ориентирована на мелкие фермерские хозяйства.

«Мы понимали, что это решение не будет масштабируемым для больших ферм, — отметил Уилсон. — Но оно может быть полезно семейным фермам и небольшим хозяйствам в развивающихся странах, у которых нет доступа к дорогому оборудованию».

В дальнейшем команда планирует усовершенствовать технологию, сделав её ещё более простой и доступной для неспециалистов.

Дополнительная информация: Cassandra L. Martin et al, Bio-Inspired Proline Sensors for the Diagnosis and Surveillance of Stress in Living Systems, ACS Agricultural Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acsagscitech.5c00207