无论是甜的、咸的、脆的还是奶油的——无论怎么咀嚼，弗吉尼亚花生在过去两个世纪里一直是该州的经济作物。但近年来，一种名为硬皮病的真菌病害严重削弱了花生植物种群，严重爆发导致产量损失高达50%。

弗吉尼亚理工大学的研究人员希望通过制造能够及早检测感染的传感器，帮助农民检测并防止其传播。

“早期发现至关重要，因为一旦病害产生这些不规则的稻米大小结构，它会迅速在农场传播，并在下一季农作物中停留在土壤中，”生物系统工程系博士候选人Frank Erukainure说。“它可以存活多年，使得根治疾病变得困难。”

作为关键技术与应用科学研究所的博士学者，Erukainure是发表在《美国化学学会农业科学与技术》期刊上一篇论文的第一作者，该论文描述了这些低成本传感器的开发与测试过程。他在该项目中的贡献为他赢得了2026年博伊德-斯科特研究生研究奖，这是美国农业与生物工程师学会研究生学术领域的最高荣誉之一。

上方的传感器安装在玉米植株的茎上，实时向手机应用提供植物健康数据。图片来源：弗吉尼亚理工大学的Suzanne Pruitt。

花生植物汁液的早期检测

2024年，弗吉尼亚东南部的农民收获了约3万英亩（约47平方英里）花生，累计收获3740万美元。历史上，农民依赖耗时的实体检查来检测真菌，往往在已经太晚无法阻止其传播时才发现。

但如果及早发现真菌，可以用杀菌剂处理植物，帮助防止真菌扩散到植物的健康部位。

由Erukainure及其弗吉尼亚理工数字农业技术实验室团队开发的传感器，由他的导师、精准农业与数据管理助理教授Abhilash Chandel领导，能在感染后五天内检测到小型硬化病原体。相比之下，身体症状有时要两个月才出现。

花生植物汁液被提取并放置在传感器上，传感器由3D打印树脂基底和铂电极组成。传感器检测到高浓度的草酸，这是一种被小硬核菌感染的植物大量产生且存在于其汁液中的化学物质。

弗吉尼亚理工大学研究人员开发的一种新传感器能够检测花生植物汁液中的硬菌疫病。图片来源：弗吉尼亚理工大学的Suzanne Pruitt。

尽管传感器的早期检测能力已在温室试验中得到验证，但仍需进一步的现场测试，以确定该技术如何以及何时在真实农场环境中应用。随着开发的持续，研究人员将评估成本、可扩展性以及种植者在大面积土地上有效监测所需的传感器数量等实际考量——这些工作将塑造这项新兴技术如何帮助种植者做出更快、更明智的决策，以增强作物韧性并支持更可持续的花生生产。

研究人员计划在明年与弗吉尼亚潮汐水地区的农民合作，对这些传感器进行试点测试，这是推动研究从受控试验迈向真实生产环境的关键一步。

开发“可穿戴”传感器

在发表于ACS Sensors的一项先前研究中，Erukainure和Chandel表明，一种可穿戴的微针传感器用于监测作物植物的葡萄糖和水分应激，可以提供实时传感器读数。他们希望开发出类似的可穿戴传感器，用于检测花生植物中的硬菌疫病。

“这些技术正在改变植物生产，”钱德尔说。“通过实时监测植物健康，这些传感器能够主动干预，提升作物的韧性、生产力和可持续性。”

出版信息

Frank Efe Erukainure 等，草酸盐电化学利用3D打印纳米结构点传感器早期检测花生硬菌疫病，发表于ACS农业科学与技术（2026）。DOI： 10.1021/acsagscitech.6c00185

Frank Efe Erukainure 等，《Planta 集成微针-微流控传感中的添加制造：农作物植物中葡萄糖和水分应激的无损电化学追踪》，ACS Sensors（2026）。DOI：10.1021/acssensors.6c01122

期刊信息：ACS传感器