La sécurité alimentaire et l’agriculture durable soutenues par des capteurs non destructifs prometteurs

Des chercheurs du groupe de recherche interdisciplinaire (IRG) Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) de l’Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), l’entreprise de recherche du MIT à Singapour, et leurs collaborateurs locaux de l’Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR) ainsi que le Département de génie chimique et biomoléculaire (ChBE) de l’Université nationale de Singapour (NUS) ont publié une revue qui traite des avancées récentes dans les non- la surveillance destructrice de la santé des plantes, allant des réseaux électrochimiques aux nanocapteurs et aux nez électroniques, et pourquoi le suivi de la santé des plantes est une stratégie attrayante et durable qui peut être utilisée pour optimiser les pratiques de croissance des cultures. L’examen vise à inspirer les futurs développements de technologies non destructives pour le diagnostic phytosanitaire.

Pour répondre au besoin urgent de sécurité alimentaire mondiale et ouvrir la voie à une agriculture durable, le progrès et l’adoption de technologies agricoles sont essentiels pour soulager les conditions de 193 millions de personnes dans le monde qui souffrent d’insécurité alimentaire aiguë. Cependant, des pratiques durables doivent être mises en œuvre pour minimiser la destruction de l’environnement lors de l’amélioration des rendements et de la productivité des cultures. Traditionnellement, les agriculteurs ne peuvent souvent remarquer des signes de détérioration de la santé de leurs cultures qu’à un stade où les mesures de réparation sont limitées.

De plus, les tests actuels via des techniques analytiques basées sur la chromatographie sont destructeurs comme ils l’exigent, découpant des échantillons de feuilles qui causeraient des blessures et une dégradation des tissus. Ces méthodes sont également laborieuses, notamment l’extraction et le traitement en laboratoire de plusieurs échantillons de plantes pour chaque point de données. Ainsi, les scientifiques ont fait progresser le domaine de l’agriculture de précision, en développant de nouveaux capteurs et outils analytiques pour aider les agriculteurs à orienter les décisions de gestion agricole. L’utilisation de capteurs non destructifs ou peu invasifs pour les métabolites des plantes est devenue un outil analytique essentiel pour la surveillance en temps réel des voies de signalisation des plantes et de la réponse des plantes aux conditions externes qui indiquent la santé globale des plantes. Ces capteurs pourraient être intégrés dans les futures pratiques agricoles et mis en œuvre dans des fermes urbaines de haute technologie qui utilisent une agriculture de précision, prédictive et contrôlable sur le plan environnemental.

« À la lumière de la demande croissante de nourriture due à la croissance de la population mondiale et aux préoccupations concernant la sécurité alimentaire, le développement de technologies et d’outils innovants et durables pour améliorer le rendement et la qualité des cultures est opportun et essentiel. La surveillance non destructive de la santé des plantes est l’une des stratégies clés pour améliorer les pratiques de croissance des cultures, en complément des techniques agricoles actuelles telles que la rotation des cultures, les cultures intercalaires et la modification génétique », a déclaré le Dr Gajendra Pratap Singh, chercheur principal et directeur scientifique principal chez DiSTAP.

L’équipe a expliqué ses recherches dans l’article de synthèse intitulé « Technologies non destructives pour le diagnostic de la santé des plantes », publié dans la prestigieuse revue Frontiers in Plant Science. Les résultats ont montré que les capteurs pouvaient être classés en gros dans ceux qui détectent interne (in vivo capteurs) et des molécules de signalisation externes (à la surface de la plante et dans l’air).

Invivo les capteurs sont basés soit sur des capteurs électrochimiques, soit sur des capteurs nano-bioniques végétaux. Les progrès récents de la nanotechnologie ont permis aux capteurs nanobioniques électrochimiques et végétaux de présenter une sensibilité et une sélectivité plus élevées en utilisant des propriétés électrochimiques et optiques uniques. Outre les molécules de signalisation internes, les plantes émettent également des signaux à la surface de leurs organes ainsi que par le biais de métabolites aéroportés tels que les composés organiques volatils (COV) pour la communication inter-plantes. La détection d’indices internes et externes, tels que les composés de surface et en suspension dans l’air, permet le diagnostic non invasif et en temps réel des maladies des plantes.

De plus, les capteurs convertissent les signaux des plantes en signaux numériques pour établir une communication directe entre les plantes et les producteurs. « En exploitant les événements physiologiques des plantes en temps réel, des capteurs non destructifs permettent un ajustement rapide des conditions environnementales pour augmenter la productivité des cultures tout en minimisant l’utilisation des ressources », a ajouté le Dr Tedrick Thomas Salim Lew, scientifique à l’IMRE d’A*STAR et professeur adjoint adjoint. au NUS ChBE, qui était l’auteur correspondant de l’article.

« L’examen a donné un aperçu des capteurs polyvalents et qui ont réussi à extraire des informations spatio-temporelles d’une variété d’espèces végétales importantes pour l’agriculture. Les capteurs ouvriront la possibilité de systèmes de contrôle de rétroaction en temps réel qui peuvent aider à l’application précise d’engrais et de régulateurs de croissance des plantes pour maximiser la croissance, ainsi que faciliter une intervention rapide pour minimiser la perte de rendement due au stress des plantes », a déclaré Mervin Ang, Research Scientifique à DiSTAP et premier auteur de l’article.

Pour relever les défis profonds de la production alimentaire à Singapour et dans le monde, DiSTAP a, au fil des ans, introduit de nouveaux outils analytiques rapides, non destructifs et capables de détecter et de fournir des informations à partir de plantes vivantes en temps réel. Cette dernière revue vise à faire progresser les technologies qui peuvent être appliquées pour étudier les cultures pertinentes sur le plan agricole sur le terrain, en comblant le fossé des connaissances entre les plantes modèles couramment utilisées en biologie végétale et les cultures économiquement importantes.

Référence: Par MCY, Lew TTS. Technologies non destructives pour le diagnostic phytosanitaire. De face. Usine Sci. 2022;13. doi : 10.3389/fpls.2022.884454

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