Las plantas envían señales de socorro cuando son atacadas por plagas, sequías o enfermedades, pero estas señales suelen ser invisibles a simple vista. Ahora, los científicos han desarrollado un pequeño sensor portátil que se adhiere a las hojas de las plantas y detecta el estrés antes de que la planta sufra daños visibles.
Al medir los niveles de peróxido de hidrógeno, una advertencia bioquímica temprana, el parche ayuda a los agricultores y jardineros a responder rápidamente para mejorar la salud de las plantas y el rendimiento de los cultivos. Lo mejor de todo es que proporciona resultados en tiempo real en un minuto a un precio asequible.
Los factores ambientales como las plagas, la sequía, las temperaturas extremas y las infecciones pueden ejercer una gran presión sobre las plantas, creando desafíos para los jardineros y agricultores. La detección temprana de este estrés (antes de que las hojas comiencen a marchitarse o marchitarse) es fundamental para una intervención eficaz.
Ahora, los investigadores informan hoy (19 de marzo) en la revista ACSSensors que han desarrollado un parche portátil que se puede colocar directamente en las hojas de las plantas, lo que permite a los productores monitorear la salud de las plantas en tiempo real. Este sensor electroquímico detecta peróxido de hidrógeno, una señal de socorro clave enviada por las plantas bajo estrés.
Cuando una planta está estresada, sus procesos bioquímicos normales se interrumpen, lo que desencadena la producción de peróxido de hidrógeno. Esta molécula no sólo envía una señal de socorro sino que también ayuda a activar los mecanismos de defensa de la planta. La identificación temprana de estos cambios químicos permite a los productores responder rápidamente para minimizar los daños y aumentar el rendimiento de los cultivos incluso en condiciones adversas.
Sin embargo, la mayoría de los métodos existentes para detectar peróxido de hidrógeno son complejos y requieren muestras de hojas, múltiples pasos de procesamiento o detectores externos que dependen de la fluorescencia, un enfoque que a menudo se complica por la interferencia de la clorofila. Investigaciones anteriores sobre dispositivos portátiles de plantas se han centrado en monitorear el contenido de agua de las hojas como indicador de salud, pero Liang Dong, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Iowa, y su equipo buscaron un enfoque más directo. Han desarrollado un parche autónomo que puede detectar de forma rápida y precisa los niveles de peróxido de hidrógeno en plantas vivas, proporcionando una forma más sencilla y eficaz de controlar el estrés de las plantas.
Para crear un parche que se adhiere a la parte inferior de una hoja, los investigadores crearon una serie de pequeñas agujas de plástico sobre una base flexible. Sobre esta superficie estampada, recubrieron una mezcla de hidrogel a base de quitosano que puede convertir pequeños cambios en el peróxido de hidrógeno en diferencias mensurables en la corriente eléctrica. La mezcla contiene una enzima que reacciona con el peróxido de hidrógeno para producir electrones y reduce el óxido de grafeno, conduciendo esos electrones a través del sensor.
Los investigadores probaron sus parches en plantas de soja y tabaco vivas y sanas y las compararon con plantas infectadas con bacterias. Encontraron:
Para dos cultivos infectados con la bacteria patógena Pseudomonassyringaepv.tomato DC3000, el sensor generó más corriente en las hojas estresadas que en las hojas sanas, y los niveles actuales estaban directamente relacionados con la cantidad de peróxido de hidrógeno presente.
La medición del peróxido de hidrógeno del sensor es precisa y se confirma mediante análisis de laboratorio de rutina.
Después de aproximadamente 1 minuto, los niveles de peróxido de hidrógeno en las hojas medidos por el parche fueron significativamente más bajos que los niveles medidos previamente en plantas vivas utilizando sensores de aguja.
El parche se puede reutilizar nueve veces antes de que las microagujas pierdan su forma.
La nueva estrategia proporciona información que puede ayudar a los productores a tomar decisiones eficientes sobre sus cultivos. "Podemos realizar mediciones directas en menos de un minuto y costar menos de un dólar por prueba", dijo Dong. "Este avance simplificará enormemente el análisis y permitirá a los agricultores controlar las enfermedades de los cultivos en tiempo real utilizando nuestros sensores de parche".
Los investigadores están muy entusiasmados de continuar haciendo avanzar esta investigación. "Nuestro próximo paso es perfeccionar esta tecnología y aumentar su reutilización", concluyó Dong.
Compilado de /ScitechDaily