Phát hiện nhanh căng thẳng sinh học cây trồng bằng thiết bị di động

Thiết bị cảm ứng kẹp lá di động Raman đang được dùng tại TLL để phát hiện stress dinh dưỡng trong lá cây rau. Ảnh: Singapore-MIT.

Các nhà nghiên cứu từ Nhóm nghiên cứu liên ngành về công nghệ đột phá & bền vững cho nông nghiệp chính xác (DiSTAP) của Liên minh Nghiên cứu và Công nghệ Singapore-MIT (SMART), doanh nghiệp nghiên cứu của MIT tại Singapore và Phòng thí nghiệm Khoa học Đời sống Temasek (TLL) đã thiết kế một thiết bị cảm biến quang học di động có thể theo dõi xem cây có các biểu hiện căng thẳng sinh học hay không. Thiết bị này cung cấp cho nông dân và nhà khoa học công cụ mới để chẩn đoán sớm và theo dõi sức khỏe cây trồng theo thời gian thực trong điều kiện đồng ruộng.

Nông nghiệp chính xác là chiến lược quan trọng để giải quyết tình trạng mất an ninh lương thực ngày càng tăng thông qua các phương pháp canh tác bền vững, nhưng nó đòi hỏi công nghệ mới để chẩn đoán nhanh các căng thẳng sinh học của cây trồng trước khi bắt đầu xuất hiện các triệu chứng rõ ràng và mất năng suất sau đó. Thiết bị cảm biến kẹp lá Raman (leaf-clip sensor) di động mới của SMART là công cụ hữu ích trong nông nghiệp chính xác cho phép chẩn đoán sớm tình trạng thiếu đạm ở cây trồng, làm lá bị hư hỏng dẫn đến mất năng suất.

Trong bài báo có tiêu đề “Thiết bị cảm biến kẹp lá di động Raman phát hiện nhanh các căng thẳng sinh học của cây trồng” được công bố trên tạp chí Scientific Reports, các nhà khoa học của SMART, DiSTAP và TLL giải thích cách họ thiết kế, cấu tạo và thử nghiệm thiết bị cảm biến này cho phép thăm dò tính chất hóa học của lá và thiết lập trạng thái căng thẳng.

Giáo sư Rajeev Ram của MIT đồng tác giả chính của bài báo và là nghiên cứu viên cao cấp tại DiSTAP cho biết: “Phát hiện của chúng tôi cho thấy các phép đo trên cây (in vivo) sử dụng cảm biến Raman, trong điều kiện phát triển đầy đủ ánh sáng, phù hợp với các phép đo thu được bằng máy quang phổ Raman để bàn trên các phần của lá trong điều kiện phòng thí nghiệm. Chúng tôi đã chứng minh rằng việc chẩn đoán sớm tình trạng thiếu đạm - chất dinh dưỡng quan trọng và là thành phần quan trọng nhất của phân bón - trong cây trồng đang sống có thể thực hiện được bằng cảm biến di động”.

Trong khi nghiên cứu chủ yếu xem xét việc đo nồng độ đạm trong cây, thiết bị này cũng có thể được sử dụng để phát hiện mức độ của các loại căng thẳng sinh học khác của cây như hạn hán, nóng và lạnh, mặn và ánh sáng. Các thiết bị cảm ứng kẹp lá Raman di động dễ dùng và cho kết quả nhanh nên rất lý tưởng cho nông dân sử dụng trên đồng ruộng để bảo vệ sức khỏe cây trồng.

Nhóm nghiên cứu tin rằng phát hiện của họ có thể hỗ trợ nông dân tối đa hóa năng suất cây trồng, đồng thời đảm bảo tác động tiêu cực tối thiểu đến môi trường, bao gồm giảm thiểu ô nhiễm hệ sinh thái thủy sinh bằng cách giảm lượng đạm chảy tràn và thấm vào mực nước ngầm.

Nguyễn Tiến Hải theo Sciencedaily.