植物壓力偵測新利器：穿戴式感測器提前預警

當植物遭受病蟲害、乾旱或疾病侵襲時，會發出求救訊號，但這些訊號往往難以用肉眼察覺。如今，科學家研發出一款微型穿戴式感測器，能夠附著在植物葉片上，在可見損害發生前偵測到壓力。這款感測器透過測量過氧化氫水平——一種早期的生化警告——幫助農民和園藝愛好者迅速採取行動，提升植物健康和作物產量。最棒的是，它能在不到一分鐘內提供即時結果，且成本低廉。

環境因素如病蟲害、乾旱、極端溫度和感染，都會對植物造成重大壓力，給家庭園藝和農業生產帶來挑戰。在葉片開始變色、枯萎或凋謝之前，及早偵測這些壓力對於有效幹預至關重要。現在，研究人員在《ACS Sensors》期刊上發表了一項新技術，開發出一款可直接附著在植物葉片上的穿戴式感測器，讓種植者能夠即時監控植物健康狀況。

這款電化學感測器能夠偵測過氧化氫，這是植物在壓力下產生的關鍵求救訊號。當植物承受壓力時，其正常的生化過程會被打亂，觸發過氧化氫的產生。這種分子不僅是壓力的訊號，還能幫助啟用植物的防禦機制。及早識別這些化學變化，能讓種植者迅速應對，即使在惡劣條件下也能將損害降到最低，並提高作物產量。

然而，現有的過氧化氫偵測方法大多複雜，需要採集葉片樣本、多步處理，或依賴螢光的外部偵測器——這種方法常因葉綠素的幹擾而變得複雜。過去的研究主要集中在監測葉片水分含量作為健康指標，但Liang Dong及其團隊選擇了更直接的方式。他們開發了一款自成一體的感測器，能夠快速且準確地偵測活體植物中的過氧化氫水平，提供了一種更簡單且有效的方式來監控植物壓力。

為了製作一款能黏附在葉片背面的感測器，研究人員在一個柔性基底上製作了一排微小的塑膠針。他們在這種圖案化表面上塗覆了一層基於殼聚醣的水凝膠混合物，將過氧化氫的微小變化轉化為電流的可測量差異。這種混合物含有一種酶，能與過氧化氫反應產生電子，並將氧化石墨烯還原，以透過感測器傳導這些電子。

研究人員在健康的活體大豆和菸草植物上測試了他們的感測器，並與受細菌感染的壓力植物進行了比較。結果顯示，這項新策略能提供有價值的資訊，幫助種植者高效地做出作物管理決策。Dong表示：「我們能在不到一分鐘內完成直接測量，每次測試成本不到一美元。這項突破將顯著簡化分析過程，使農民能夠使用我們的感測器進行即時作物疾病監控。」

研究團隊對未來的研究充滿期待。Dong總結道：「我們的下一步是精進這項技術，並提升其可重複使用性。」

參考文獻：A Biohydrogel-Enabled Microneedle Sensor for In Situ Monitoring of Reactive Oxygen Species in Plants, 19 March 2025, ACS Sensors. DOI: 10.1021/acssensors.4c02645

作者感謝愛荷華州立大學、美國農業部國家食品與農業研究所，以及國家科學基金會的資助。