植物挥发性检测智能手机成像平台设计图 魏青山供图

也许，你只需要拿出手机，打开摄像头，对着田地里的番茄拍张照，就能避免一场导致“颗粒无收”的疫病。7月29日，在线发表于《自然—植物》的一篇论文描述了一款可以检测微生物侵染番茄植株的智能手机传感器。该系统有望以及时发现病菌的方式，帮助对抗破坏性作物病害。

据统计，植物病害会造成约20%~40%的产量损失，对全球粮食安全造成了严重威胁。在美国，估计每年因非本地节肢动物物种和植物病原体的引入而造成的作物损失分别为141亿美元和215亿美元。

晚疫病由名为致病疫霉的微生物引起，是最危险的植物病害之一，严重影响马铃薯和番茄等重要经济作物的生产。仅晚疫病一项就可造成全球损失近50亿美元。人们能够通过植物组织表面的黑褐色损害识别这种疾病。一旦致病疫霉孢子形成后，孢子囊会向其他植物传播，然后这种病菌会快速侵染番茄和马铃薯新植株。如果不加以处理，受感染的植物在几天内就会死亡。

此外，如果天气条件适宜，病菌还会快速扩展，导致病害流行。在2009年美国东部的晚疫病大流行中，这种病原体只花了大约两周就从受感染的地区蔓延到了纽约州超过50%的县。致病疫霉曾引发19世纪的爱尔兰大饥荒。

因此，开发一种快速有效的方法，早期诊断致病疫霉和许多其他植物病原体，对于预防病原体的传播和随后的作物病害，以及减少农业经济损失至关重要。

目前，植物病原菌的检测主要集中在多种分子分析方法上，包括基于核酸的PCR和DNA微阵列等技术，以及免疫学方法，如基于抗体的侧流试验（LFA）和酶联免疫吸附测定法（ELISA）。该研究负责人、美国北卡罗来纳州立大学的魏青山表示，基于核酸的方法是敏感和特异的，但检测方案繁琐，免疫分析技术令现场检测变得简单，但在某些应用中受到检测灵敏度和特异性的限制。

另外，一些用于检测植物病原体的芯片在实验室PCR设备上得到了证明，但很少有野外便携设备能够在保持简单性和成本效益的同时具有高分析性能。

于是，魏青山和同事开发了一款传感器，可以在番茄感病后的两天内检测出晚疫病。他们使用的化学修饰金纳米粒子会与病株叶片释放的挥发性有机物发生反应，而手机摄像头能够捕捉这种反应引起的颜色变化。

“我们开发的这种基于智能手机的挥发性有机化合物指纹识别平台，能通过监测田间特有的叶片挥发性排放，对晚疫病进行无创诊断。”魏青山说，“该手持装置集成了一个一次性比色传感器阵列，由等离子体纳米色素和化学反应性有机染料组成，可在反应1分钟内检测关键植物挥发物水平。”

利用这种便携式挥发性有机化合物检测平台，研究人员对10种植物挥发物进行了多重检测和分类。结果显示，该平台可以在番茄感染后第2天对番茄晚疫病进行早期检测，并与番茄叶片上出现类似症状的其他病原菌进行鉴别。

研究人员表示，在一次盲测中，该装置对晚疫病的检测准确度高达95%。

“这一技术可以在肉眼看到症状前就检测出晚疫病，使人们尽早采取行动防止病害传播。如果与不同的比色法指示剂结合使用，该技术或能用于检测其他植物病害。”魏青山说。（来源：中国科学报 唐凤）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-019-0476-y