E-tekstylia odsłaniają tajemnice życia roślin
Rośliny mogą wydawać się bezczynne, ale w rzeczywistości aktywnie wyczuwają i reagują na szeroki zakres bodźców środowiskowych, takich jak poziom światła, temperatura, stężenie gazu, skład chemiczny i wilgotność gleby, obecność owadów lub ssaków i inne czynniki. Wiele roślin wykorzystuje sygnały elektryczne do kontrolowania szybkości fotosyntezy lub oddychania, szybkości lub kierunku wzrostu, emisji chemikaliów jako ochrony przed roślinożercami i innych reakcji fizjologicznych. Naukowcy wiedzą o tych sygnałach od wielu lat, ale nie są one praktycznie stosowane z powodu trudności z ich pomiarem, ponieważ są bardzo słabe w stosunku do zakłóceń elektromagnetycznych tła. W ramach finansowanego ze środków programu Horyzont 2020 projektu PhytlSigns osiągnięto przełom, tworząc tanie urządzenie do monitorowania roślin w czasie rzeczywistym, oparte na sygnałach bioelektrycznych. „PhytlSigns to pierwsze urządzenie do »noszenia« dla roślin, wykorzystujące sygnały elektryczne i przekształcające je w postać cyfrową, w której są wizualizowane do dalszej analizy. Poprzez wzmacnianie sygnałów roślin oraz redukcję szumu tła badacze i hodowcy mogą mierzyć aktywność w odpowiedzi na zmieniające się warunki”, mówi koordynator projektu Carrol Plummer. Opinie klientów na temat czujników nowej generacji Projekt rozwija plany komercjalizacji czujników do pomiaru parametrów elektrofizjologicznych roślin w czasie rzeczywistym, poszerzając badania naukowe o badania rynków komercyjnych. „Naszym głównym wyzwaniem jest określenie skutecznych sposobów stworzenia rynku dla bioczujników PhytlSigns, biorąc pod uwagę fakt, że elektrofizjologia roślin jest stosunkowo słabo poznana. Przeprowadziliśmy wywiady z użytkownikami prototypów PhytlSigns, wykorzystując ich opinie w celu udoskonalenia czujników elektrofizjologicznych następnej generacji”, wyjaśnia Plummer. Badacze zbadali również, w jaki sposób hodowcy pomidorów opracowują nowe odmiany, a producenci herbicydów testują nowe receptury. Plummer tłumaczy: „Te spostrzeżenia pomogły nam w opracowaniu strategii skutecznego wprowadzania naszych produktów na rynek i umożliwiły nam odpowiednie zidentyfikowanie naszego rynku”. Dla podmiotów opracowujących herbicydy oczywistym jest, że urządzenie PhytlSigns umożliwia szybsze przekazywanie informacji zwrotnych na temat skuteczności preparatu niż wskazówki wizualne. „Pozwala to producentowi na skrócenie cyklu rozwoju produktu dzięki wykorzystaniu urządzenia podobnie, jak to robią badacze. Hodowcy pomidorów muszą jednak monitorować rośliny przez znacznie dłuższy czas i chcą móc wcześnie wykrywać stresory roślin. Można to porównać do tego, w jaki sposób profesjonalny hodowca będzie korzystał z czujników”, mówi Plummer. Największe korzyści „Wielodyscyplinarne badania wskazują na ogromny potencjał elektrofizjologii roślin i mają centralne znaczenie dla projektu. Z przyjemnością wspieramy współpracę między biologami i informatykami”, twierdzi Plummer. W projekcie PhytlSigns dostrzeżono, że wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego pozwala zyskać ważne spostrzeżenia podczas przetwarzania sygnałów elektrofizjologicznych roślin. Naukowcy badający sygnalizację elektryczną lub wzajemne oddziaływanie sygnalizacji chemicznej, elektrycznej i hydraulicznej będą pierwszymi, którzy skorzystają z innowacyjnej elektroniki i funkcji zaawansowanego przetwarzania sygnałów w czujnikach PhytlSigns. Największe znaczenie ma jednak zastosowanie czujników elektrofizjologicznych roślin w czasie rzeczywistym w celu zmniejszenia liczby i intensywności interwencji w przypadku upraw szklarniowych, takich jak pomidory, papryka czy bakłażany. Rośliny mogą bardzo szybko wykryć zmiany w nawadnianiu, stosowaniu składników odżywczych i innych warunkach środowiskowych, a sygnały te mogą być interpretowane przez hodowców w celu optymalizacji warunków uprawy. „Efektem będzie zwiększenie plonów oraz ograniczenie oddziaływania na środowisko upraw ważnych dla łańcucha pokarmowego człowieka”, podsumowuje Plummer.
Słowa kluczowe
PhytlSigns, sygnał, rośliny, bioelektryczny, bioczujnik
