微创传感器可检测植物所受胁迫，保障植物安全

一种安装在叶片上的传感器可实时测量植物激素水平，为了解植物健康状况提供线索，并有望用于农业中疾病或胁迫的早期检测。图片来源：2025 年阿卜杜拉国王科技大学。

一种能够以最小损伤精确且实时测量植物激素浓度的传感器，有助于揭示激素如何影响植物对疾病和胁迫的反应。经过进一步开发，它还可能成为农业工具包的一部分，用于疾病或胁迫的早期检测，使农民能够在作物遭受大面积损害前进行干预。

一篇描述这项技术的论文发表在《科学进展》杂志上。

植物激素调控着植物生命周期的关键方面，包括生长和对环境的反应。在这项研究中，阿卜杜拉国王科技大学的研究人员重点关注了两种与胁迫和疾病反应相关的激素：水杨酸和生长素。

现有的测量这些激素及其他激素浓度的技术依赖于基因工程或破坏性取样，且不能轻易用于非模式植物。虽然这些技术在实验室研究中很有效，但对于农业应用来说，它们既费力又昂贵。此外，这些技术只能提供某一时刻的单一数据，而无法实现持续监测。

这种新型传感器克服了这些问题。它是一种电化学传感器，基于电氧化电流的变化来检测生长素和水杨酸的浓度。

电极被放置在叶片表面，微针则刺入叶片的外表面。铂微针上涂有碳纳米管和磁铁矿的基质，形成一个可以与生长素和水杨酸结合的复杂表面。

当在电极两端施加电压时，电子会从激素转移到微针上。传感器通过测量电子的转移（即电流）来确定激素的浓度。

研究人员表明，该传感器能够在烟草和拟南芥植物中分别或同时测量生长素和水杨酸。与其他检测方法不同，该传感器还可用于非模式植物，这使其成为农业田间应用的一种很有前景的工具。

测量水杨酸和生长素的水平可以表明植物是否在应对胁迫或抵抗疾病。

“这项技术可以与其他元素结合，例如将哨兵植物进行基因改造，使其对特定类型的胁迫更敏感，” 该研究的负责人阿卜杜拉・布克汉辛解释道。

“这是植物科学和农业领域的一项令人兴奋的进展，” 该研究的资深作者哈立德・萨拉马说，“能够在不伤害植物的情况下实时监测植物胁迫，为我们了解它们在恶劣条件下的反应打开了一扇窗。”

“这对于像沙特阿拉伯这样的国家来说尤为重要，在那里，极端高温和水资源有限对农民来说是一大挑战。这样的工具有助于提高沙特阿拉伯乃至全球农业的可持续性和抗风险能力。”

在这项技术投入田间使用之前，仍有一些障碍需要克服。需要通过反复测量来跟踪一段时间内的激素水平，但随着电极上物质的积累，传感器的有效性会下降。研究人员引入了一种电化学清洁方法，显著延长了传感器的使用寿命，但布克汉辛表示，这还不足以满足田间使用的需求。

“目前，它是一种很棒的研究工具。我们的目标是对其进行改造，使其能用于农场，” 布克汉辛说，“农民可以部署它，检测胁迫，了解植物的状况，并及早进行干预。例如，如果发生了某种疾病，他们可以尽早发现，在病原体扩散之前采取行动。这将减少需要处理的区域，并有助于减轻商业损失和产量损失。”

更多信息：阿卜杜拉・H・布克汉辛等人，《吲哚和苯酚衍生植物激素的体内动态：长期、连续、微创的植物激素传感器》，《科学进展》（2025 年）。DOI: 10.1126/sciadv.ads8733

期刊信息：《科学进展》

提供者：阿卜杜拉国王科技大学

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