Non-invasive plant disease diagnostics enabled by smartphone-based fingerprinting of leaf volatiles

疫病疫霉菌 枯萎病 温室 生物 园艺 接种
作者
Zheng Li,Rajesh Paul,Taleb Ba Tis,Amanda C. Saville,Jeana C. Hansel,Tao Yu,Jean B. Ristaino,Qingshan Wei
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:5 (8): 856-866 被引量:270
标识
DOI:10.1038/s41477-019-0476-y
摘要

Plant pathogen detection conventionally relies on molecular technology that is complicated, time-consuming and constrained to centralized laboratories. We developed a cost-effective smartphone-based volatile organic compound (VOC) fingerprinting platform that allows non-invasive diagnosis of late blight caused by Phytophthora infestans by monitoring characteristic leaf volatile emissions in the field. This handheld device integrates a disposable colourimetric sensor array consisting of plasmonic nanocolorants and chemo-responsive organic dyes to detect key plant volatiles at the ppm level within 1 min of reaction. We demonstrate the multiplexed detection and classification of ten individual plant volatiles with this field-portable VOC-sensing platform, which allows for early detection of tomato late blight 2 d after inoculation, and differentiation from other pathogens of tomato that lead to similar symptoms on tomato foliage. Furthermore, we demonstrate a detection accuracy of ≥95% in diagnosis of P. infestans in both laboratory-inoculated and field-collected tomato leaves in blind pilot tests. Finally, the sensor platform has been beta-tested for detection of P. infestans in symptomless tomato plants in the greenhouse setting. A simple, cheap and portable smartphone-based sensor is used to detect the presence of ten different volatiles emitted during tomato infection by an oomycete.
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