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讲真?!植物的健康可以用“光”来诊断?

发布时间: 2016-11-28 09:24 来源:滨松光子学商贸(中国)有限公司

想象一下,如果说我们可以像给人做检查一样,给植物也来一个全身健康检查,那……岂不是一件很酷的事情!

没错,滨松中央研究所农业组的秋草文也这么认为。当她还是高中生的时候,偶然接触到的“旱地农业”让她从此对农业技术充满了好奇和憧憬。通过多年专业知识的学习,终于如愿以偿,进入了滨松公司的中央研究所,开始从事农业相关的研究。现在,她所领导的小组主要攻克的都是面向未来的先进农业技术,比如刚刚提到的植物健康诊断。而实现的办法,则是利用“光”。

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秋草文,就职于滨松中央研究所第8实验室

这项技术并不那么容易被攻破,并且在实用化方面还有很长的一段路要走。但对于秋草和她的团队来说,这便是他们的目标。


从植物的成分,了解它的健康状态

 

植物,是我们星球上最初繁荣起来的生物体。自它们诞生以来,就一直以光为能量的来源。并通过对光的感知,来了解季节的变化,从而发芽,开花。可以说,植物是一位“光之达人”,而反之,我也可利用“光”来走近它们,了解它们。

 

“就像人类不能获取过量的盐分或卡路里一样。对于植物,我们并不能单单只是给他们肥料和水,而是要给它们合适分量的肥料和水。”秋草介绍道,“植物体内含有大量的水、碳水化合物、蛋白质、矿物质。但在每一个成长阶段,这些元素之间的平衡是不断在变化的。而我们的团队主要着眼于水分等主要成分的变化,并以此希望能研究出可以推定肥料和环境,如水、光、温度等要素是否过剩或不足的方法。”


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构成植物的成分(物质分子)可能会对特定波长的光有吸收或者反射的特性(或特定光谱成分)。于是,通过使用各种不同波段的光进行测试,我们就能了解到它内部所含的物质成分。秋草他们希望将这种方法也应用到植物诊断之中。

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“近年,有很多前沿科技运用到农业生产中,智能农业、作物工厂等相继出现。但实际上,在种植过程中,很大程度上还是依靠着我们的五感,如视觉、触觉。虽然凭借IT技术能够把握作物生长环境的气温、湿度、日照量等环境数值,但仍不具备对作物进行诊断的能力。务农较久的农民往往有着一些‘只可意会,难以言传’的作物诊断能力,而这主要来自于长年的直觉判断和经验积累。不过,这样的特殊知识,是很难为后代传下来的,更不能指望为现在的农业发展贡献力量了。”秋草说,“我相信,通过创造出易懂且能传播、分享的知识体系,就可真正意义上帮助人们正确、准确地把握植物的状态,并获得普及。”

 

进路漫漫,但目标明晰

 

从小到大,秋草就对花花草草十分感兴趣。学生时代时,虽然梦想过各种各样的将来,但这些将来都与植物有着联系。

“最初对农业产生兴趣,是在高中的时候。一次,在电视里看到一个干旱地区的农业特辑,上面介绍的旱地农业使用了和尿不湿一样可以锁水的材料来保育作物。”秋草说,技术的力量,让浩瀚沙漠中生出了一抹绿色,这让她留下了深刻的印象。“我大学的专业是‘设施园艺工程’,念书期间也学习了植物生理学。有趣的是,我还了解到,如果将作物的一些生理特性发挥到最佳状态,是可以有助它们生长的。”

 

毕业后,秋草面临着就职的问题。就在她忙碌于求职时,“光子技术”与她初次相遇了。秋草笑着说:“我听人介绍,有一个有趣的公司正准备进军农业领域。于是我就前去参加了他们的入职测试,因此也和光子技术正式照面了。说实话,其实当时我对光子技术基本上什么也不知道。”

 

现在,秋草作为组长,正带领着她的团队利用光电传感技术,探寻着植物生长环境检测、植物健康诊断的方法。组内有5名成员,除了植物学,他们还拥有着其他广泛的专业技术背景,如遗传、物理、机械。成员们齐心协力,从基础技术研究到搭建设备都一览包干。

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秋草谨慎地介绍说,如今团队将周围现有的一些植物置于特定管控条件下培育,整体尚处于搜集由植物状态和各方数值集结起来的基础数据的阶段。距离在农业上的适用还有很长的路要走。

利用光电传感技术对植物进行诊断基本上是成立的,但不同种类、不同成长度的植物上得到的最佳数值都有所不同。所以,单单是搜集主要的典型植物的基础数据,就是一个浩大的工程。

 

“我们的另一个目标,就是要将这样的诊断设备开发出来。目前我们的诊断方法是将从植物中取出的液体放在检测仪器中检测,比如分光光度计、高速液相色谱仪。而我们希望制作出的,是更加易用的手持设备。”秋草说,“现在正再被不断开发的近红外光技术,虽然还没有达到完全实现手持设备的程度,但是在未来是具有很大可能性的。我个人觉得,我们的工作已经完成了第一阶段,稳步向前的话,一定会取得成功。”

 

光子技术,改变农业的未来

 

光子技术到底可以给农业带来怎样的变化?关于这一点,秋草的心里十分明确。

“正如听诊器是医生的标志物一样。未来,我希望便携式的植物诊断仪能成为农民的标志物,成为他们的必需品。这是便是其中一个前进的目标。”

 

这种便携式的仪器仅需钳住植物的叶或茎,便可告知使用者植物的健康状况。随着对环境的各影响因素(如温度、湿度)数据,以及相对作业情况记录的不断积累、推进分析。这个仪器还可以针对不同区域环境、气候来提出培育办法,或者提出适合种植作物种类的建议。
如果这些信息可以通过云端或其他办法实现共享,那它就可以在地区内、国家内,甚至全世界范围内,成为农民种植作物的“教科书”般的存在。

这,就是秋草眼中所看到的未来。

 

接着,她说道:“光子技术还可以实现无损和非接触的检测,如X射线等。如果可以开发出高速高敏的检测仪器,并实现远程操控分析。我们就可能实现通过人造卫星或无人机来进行大面积的作物生长环境评估了。”

秋草和她的团队从3年前才开始起步,短暂的时间内也难以积累丰富的经验。“现在,有许多研究者都投身于将光子技术应用于农业的研究。我对于这个领域来讲还是新人,但是我们在这里(滨松中央研究所),可以得到来自前辈们的巨大支持,他们都是拥有丰富光子技术研究经验的专家。”

团队,也成为了她实现梦想的强大助力。

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而对于秋草来说,她的快乐来源除了研究,还有每天结束研究回到家和自己的孩子呆在一起的时光。秋草有3个孩子,小的还在幼儿园,大一点的已经进入了小学。作为一个母亲,她非常珍惜和孩子们在一起的每分每秒。和擅长料理和烘焙的大儿子一起在厨房下厨,和喜欢折纸和手作的二儿子一起完成他的手工课作业,和小儿子一起阅读他最喜爱的图册。每一件他们想做和喜欢做的事情,秋草都不想错过。

 

“这样说可能显得有点过于宏大了。”她笑着讲到,“但是,作为一个研究者,为解决世界粮食问题做出贡献确实是我的远大目标。而作为一个母亲,为孩子提供充满生机和安全感的未来则是最真实的愿望。而我现在正在从事的工作,也是同时朝着这两个目标前进着,所以,在每天的研究中,我真的感到的非常快乐和充实。”


标签:生物光子,近红外,滨松
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