حسگرهایی که مولکول‌های سیگنال‌دهنده گیاهی را شناسایی می‌کنند، می‌توانند زمانی که محصولات در معرض نور یا گرمای بیش از حد قرار می‌گیرند، یا مورد حمله حشرات یا میکروب‌ها را قرار می‌گیرند، به کشاورز هشدار دهند.

محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مرکز تحقیقات و فناوری ائتلاف MIT- سنگاپور (SMART) با استفاده از یک جفت حسگر ساخته شده از نانولوله‌های کربنی، سیگنال‌هایی را دریافت کرده‌اند که نشان‌دهنده استرس‌هایی مانند گرما، نور یا حمله حشرات یا باکتری‌ها را در گیاه هستند.

این حسگرها دو مولکول سیگنال‌دهنده، یعنی پراکسید هیدروژن و اسید سالیسیلیک (مولکولی شبیه آسپرین)، را که گیاهان برای هماهنگ کردن پاسخ خود به استرس استفاده می‌کنند شناسایی می‌کنند. محققان دریافتند که گیاهان این مولکول‌ها را در مقاطع زمانی مختلف برای هر نوع تنش تولید کرده و الگوهای متمایزی ایجاد می‌کنند که می‌تواند به عنوان یک سیستم هشدار اولیه عمل کند.

به گفته محققان، کشاورزان می‌توانند از این حسگرها برای نظارت بر تهدیدهای بالقوه برای محصولات خود استفاده کنند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا قبل از از بین رفتن محصولات، مداخله کنند.

مایکل استرانو از محققان این پرژه در MIT می‌گوید: «آنچه ما دریافتیم این است که این دو حسگر با هم می‌توانند به کاربر اطلاع‌دهند که گیاه دقیقاً تحت چه نوع استرسی است. در داخل گیاه، تغییرات شیمیایی موجب افزایش و کاهش ترکیباتی می‌شود که هر یک به عنوان اثر انگشت استرس، عمل می‌کند.»

گیاهان به روش‌های متفاوت به انواع مختلف استرس واکنش نشان می‌دهند. در سال 2020، آزمایشگاه استرانو حسگری را توسعه داد که می‌تواند پراکسید هیدروژن را تشخیص دهد، که سلول‌های گیاهی از آن به عنوان سیگنال ناراحتی زمانی که تحت حمله حشرات قرار می‌گیرند یا تحت استرس‌های دیگری مانند عفونت باکتریایی یا نور زیاد، ایجاد می‌کنند.

این حسگرها از نانولوله‌های کربنی تشکیل شده‌اند که در پلیمرها پیچیده شده‌اند. با تغییر ساختار سه بعدی پلیمرها، می‌توان حسگرها را طوری طراحی کرد که مولکول‌های مختلف را شناسایی کرده و در زمان حضور هدف، سیگنال فلورسنتی را منتشر کنند. در این پروژه، محققان از این رویکرد برای توسعه حسگری استفاده کردند که می‌تواند اسید سالیسیلیک را تشخیص دهد، مولکولی که در تنظیم بسیاری از جنبه‌های رشد، نمو و پاسخ گیاه به استرس نقش دارد.

برای جاسازی نانوحسگرها در گیاهان، محققان آن‌ها را در محلولی حل می‌کنند و سپس روی سطح زیرین برگ گیاه اسپری می‌کنند. حسگرها می‌توانند از طریق منافذی به نام روزنه وارد برگ‌ها شوند و در مزوفیل، لایه ای که بیشترین فتوسنتز در آن انجام می‌شود، ساکن شوند. هنگامی که یک حسگر فعال می‌شود، سیگنال را می‌توان به راحتی با استفاده از دوربین مادون قرمز تشخیص داد.

نتایج این پروژه در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

گیاه در معرض آسیب به کشاورز هشدار می‌دهد!