Quand des capteurs de plantes détectent les signaux de pression en temps réel

Les conditions environnementales peuvent causer un stress préjudiciable aux plantes, ce qui pose certains problèmes aux jardiniers amateurs et aux agriculteurs. La détection précoce est donc cruciale avant que les feuilles ne soient visiblement décolorées, fanées ou flétries. Aujourd’hui, des chercheurs rapportent qu’ils ont mis au point un capteur portable pour les plantes qui détecte rapidement le stress des plantes et transmet l’information au cultivateur. Le capteur électrochimique se fixe directement sur les feuilles des plantes vivantes et surveille le peroxyde d’hydrogène, un signal de détresse essentiel

Les ravageurs, les sécheresses, les températures extrêmes et les infections sont autant de facteurs de stress pour les plantes. Dans ces conditions, les processus biochimiques normaux de la plante sont perturbés et du peroxyde d’hydrogène est produit. Le peroxyde d’hydrogène signale également le déclenchement de mécanismes de défense entre les cellules.

La détection précoce de ce signal chimique peut permettre d’adapter avec précision les mesures de protection des plantes afin de prévenir d’autres dommages et de maximiser ainsi le rendement des cultures, même dans des conditions difficiles. Cependant, la plupart des méthodes actuelles de détection du peroxyde d’hydrogène nécessitent l’élimination de parties de plantes et de multiples étapes de traitement, ou l’utilisation de détecteurs externes pour observer les changements de fluorescence, qui peuvent être perturbés par la chlorophylle.

Les chercheurs avaient déjà étudié la possibilité d’utiliser des vêtements pour plantes afin de surveiller la teneur en eau des feuilles en tant qu’indicateur de la santé des plantes. Liang Dong et ses collègues ont donc entrepris de concevoir un patch autonome capable de détecter rapidement et avec précision les signaux de détresse du peroxyde d’hydrogène émis par des plantes vivantes.

Pour créer le patch qui s’adapterait à l’arrière d’une feuille, les chercheurs ont fabriqué des rangées de minuscules aiguilles en plastique sur un substrat flexible. Sur cette surface à motifs, ils ont enduit un mélange d’hydrogel à base de chitosane qui traduit de petites variations de peroxyde d’hydrogène en différences mesurables de courants électriques. Le mélange contient une enzyme qui réagit avec le peroxyde d’hydrogène pour produire des électrons et réduit l’oxyde de graphène, qui passe par le capteur pour atteindre les électrons.

Les chercheurs ont testé leur patch sur des plants de soja et de tabac sains et vivants et les ont comparés à des plants stressés par une infection bactérienne. Ce qu’ils ont trouvé :

• Pour les deux cultures infectées par la bactérie pathogène Pseudomonas syringae pv. tomato (Pseudomonas syringae lilacum tomato pathogenic variant) DC3000, les capteurs ont généré plus de courant sur les feuilles stressées que sur les feuilles saines, et les niveaux de courant étaient directement liés à la quantité de peroxyde d’hydrogène présente.
• La mesure du peroxyde d’hydrogène par le capteur était précise et confirmée par une analyse de routine en laboratoire.
• Après environ une minute, le patch a mesuré des niveaux de peroxyde d’hydrogène dans les feuilles nettement inférieurs à ceux précédemment rapportés par les capteurs à aiguille dans les plantes vivantes.
• Les patchs ont pu être réutilisés neuf fois avant que les aiguilles microscopiques ne perdent leur forme.

« Les informations fournies par la nouvelle stratégie peuvent aider les cultivateurs à prendre des décisions efficaces concernant leurs cultures », a déclaré M. Dong. « Nous pouvons effectuer des mesures directes en moins d’une minute et pour un coût inférieur à un dollar par test. Cette avancée simplifiera considérablement l’analyse et permettra aux agriculteurs d’utiliser nos capteurs pour surveiller en temps réel les maladies des cultures. »

Les chercheurs sont enthousiastes à l’idée de continuer à faire avancer cette recherche. Liang Dong conclut : « Notre prochaine étape consistera à affiner cette technologie et à améliorer sa réutilisation. »

Légende illustration : Ce capteur mesure le peroxyde d’hydrogène, un marqueur de stress dans les feuilles de soja et de tabac. Crédit : ACS Sensors, 2025, DOI: 10.1021/acssensors.4c02645

Article : « Biocompatible Wearable Electrodes on Leaves toward the On-Site Monitoring of Water Loss from Plants » – DOI : 10.1021/acsami.2c02943