بررسی انتشار ترکیبات آلی فرار از گیاهان

تجزیه و تحلیل انتشار از گیاهان (VOCs) امکان تشخیص به موقع بیماری‌های گیاهی را فراهم می‌کند که برای ایجاد کشاورزی پایدار بسیار مهم است.

مطالعات قبلی عمدتاً بر استفاده از دستگاه‌های تجاری موجود مانند بینی الکترونیکی، برای تشخیص بیماری‌های گیاهی متمرکز شده‌اند. با این حال، پیشرفت های اخیر در تحقیقات نانومواد به طور قابل توجهی به توسعه حسگرهای VOC جدید با حساسیت و گزینش پذیری استثنایی کمک کرده است.

شایان ذکر است که کاربرد فناوری‌های پایش VOCs در فرآیند تشخیص بیماری‌های گیاهی هنوز در مرحله ظهور است و چندین چالش حیاتی نیازمند توجه و بهبود است. به طور خاص، شناسایی عوامل تنش خاص با استفاده از یک حسگر VOC تنها یک کار بزرگ باقی مانده است، در حالی که عوامل محیطی مانند رطوبت به طور بالقوه می‌توانند در قرائت سنسور تداخل داشته باشند و منجر به عدم دقت شود.

معرفی

گیاهان مجموعه متنوعی از ترکیبات آلی فرار گیاهی (VOCs) را در جو اطراف آزاد می‌کنند. دهه‌ها تحقیق گسترده ارتباط نزدیکی بین اینVOCهای ساطع شده و فرآیندهای متابولیکی یا پاتولوژیک رخ داده در سیستم گیاهی را نشان داده است و بینش‌های ارزشمندی را در مورد وضعیت فیزیولوژیکی گیاهان منفرد ارائه می‌دهد تنش‌های زیستی و غیرزیستی مختلف از جمله آسیب‌های مکانیکی، استرس محیطی، حمله گیاه‌خواران و عفونت‌های بیماری در افزایش انتشارVOCهای گیاهی نقش دارند.

VOCها می‌توانند به عنوان ترکیبات دفاعی مستقیم یا به عنوان دفاع غیرمستقیم با جذب دشمنان طبیعی شکارچی یا انگلی گیاهخواران عمل کنند.

بنابراین، وضعیت سلامت گیاهان را می‌توان با تجزیه و تحلیل انتشار VOCs آن‌ها بررسی کرد. اجرای تشخیص بیماری قابل اعتماد، به ویژه در مراحل اولیه تولید سبزیجات و میوه، می‌تواند به طور موثری زیان‌های اقتصادی بالقوه را کاهش دهد.

با این حال، ترکیب شیمیایی پیچیده و متغیر با زمان VOCs آزاد شده از بافت‌های گیاهی یک چالش مهم در شناسایی دقیق و کمی کردن گونه‌های مختلف VOCs در یک مخلوط گازی است.

علاوه بر این، به طور گسترده‌ای شناخته شده است که هیچ VOC منفردی منحصراً با یک عامل استرس خاص مرتبط نیست. حتی در شرایط مختلف تنش، گیاهان ممکن  است VOCهای مشابهی را آزاد کنند.

به عنوان مثال، انتشار متیل سالیسیلات به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد زمانی که توس نقره‌ای توسط گیاهخواران و عوامل بیماری‌زا مورد حمله قرار می‌گیرد.

در نتیجه، دو راه حل مجزا برای رسیدگی به این چالش‌ها در تشخیص بیماری‌های گیاهی ایجاد شده است. در مرحله اول، آرایه‌های حسگر برای تجزیه و تحلیل جمعی پانلی ازVOCهای گیاهی، تولید پروفایل‌های «اثر انگشت» مولکولی برای تمایز قابل اعتماد و تشخیص بیماری‌های گیاهی استفاده می‌شوند.

از طرف دیگر، حسگرهای خاصی برای تشخیص گازهایی طراحی شده‌اند که در شرایط تنش خاصی انتشار قابل‌توجهی از خود نشان می‌دهند. با این حال، این رویکرد نمی‌تواند صرفاً VOC های شناسایی شده را به عوامل استرسی فوق‌الذکر نسبت دهد.

بررسی‌های قبلی در مورد تجزیه و تحلیل VOCs برای تشخیص بیماری‌های گیاهی عمدتاً بر روی فناوری‌های بینی الکترونیکی یا روش‌های نمونه‌گیری گاز متمرکز شده‌اند.

در بررسی‌هایی، فناوری‌های پایش VOCs برای تشخیص بیماری‌های گیاهی به دو دسته اصلی (1) دستگاه‌های تجاری موجود مانند کروماتوگرافی گازی – طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) و دماغه‌های الکترونیکی تجاری و (2) حسگرهای سفارشی ساخته شده از جمله حسگرهای الکتریکی، سنسورهای وزن سنجی، سنسورهای نوری و سنسورهای پوشیدنی طبقه‌بندی می‌شوند.

با این حال به نظر می‌رسد پیشرفت‌های آینده در درجه اول باید بر روی پرداختن به این چالش‌ها تمرکز کنند تا کارایی و قابلیت اطمینان کلی فناوری‌های پایش VOCs در زمینه تشخیص بیماری‌های گیاهی را افزایش دهند.