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（编辑推荐）本综述系统阐述了可穿戴（wearable）和植入式（implantable）电化学（生物）传感器在监测植物健康中的突破性应用，涵盖农药（如carbendazim）、植物激素（如salicylic acid）、生长前体（如tryptophan）及应激标志物（如H2
O2
）等关键靶点，强调其与物联网（IoT）和人工智能（AI）融合的未来潜力，为精准农业（precision agriculture）提供创新解决方案。
可穿戴和植入式电化学（生物）传感器在植物健康监测中的前沿应用
摘要
2023年世界经济论坛将可穿戴植物传感器列为十大新兴技术之一，标志着其在农业领域的变革潜力。电化学（生物）传感器凭借微型化、高灵敏度和实时监测优势，成为监测植物健康的核心工具。本综述聚焦可穿戴与植入式配置，系统分析其在农药、植物激素、生长前体及应激标志物检测中的应用，并展望其与物联网（IoT）和人工智能（AI）结合的农业4.0前景。
1. 引言
植物传感器通过“植物物联网”（IoP）实现生理与环境参数的实时监测。可穿戴传感器附着于叶片或果实表面（如纸质或聚乳酸基质），而植入式传感器（如石墨棒或微针阵列）可直接插入植物维管系统。相较于传统破坏性采样，这些技术能原位监测植物内部分子（如木质部/韧皮部循环的植物激素），为理解植物逆境响应（如盐胁迫、病原体感染）提供新视角。
2. 植物健康监测的电化学（生物）传感器
2.1 农药检测
- 可穿戴传感器：以纤维素纸（kraft paper）或聚乳酸（PLA）为基质的传感器通过直接氧化检测农药（如carbendazim氧化峰+0.57 V）。例如，喷涂100 μM carbendazim的苹果表面检测限达0.7 μM（差分脉冲伏安法，DPV）。酶促生物传感器（如有机磷水解酶修饰的激光诱导石墨烯电极）通过水解甲基对硫磷生成对硝基酚（检测限0.000646 μM），但需注意植物表面复杂性导致的信号衰减。
- 创新设计：花朵状纸基传感器可捕获气溶胶农药（如草甘膦），结合智能手机便携式电位仪实现田间检测（检测限2 ppb）。
2.2 植物激素监测
- 可穿戴配置：碳胶带电极（MWCNTs/Nafion修饰）通过反向离子电渗（reverse iontophoresis）非侵入性提取番茄叶片中的水杨酸（salicylic acid，检测限8.2 μM）。微针阵列结合分子印迹聚合物（MIP）可特异性检测烟草感染灰霉病（Botrytis cinerea）后5分钟内水杨酸激增。
- 植入式方案：垂直石墨烯（VG）微针传感器插入黄瓜果实，检测脱落酸（abscisic acid）浓度波动（0.087–95.17 μM），揭示局部激素分布差异。
2.3 生长前体分子
- 色氨酸（tryptophan）：石墨棒电极（GRE）修饰多壁碳纳米管（MWCNTs）和聚磺基水杨酸（PSA），实现番茄果实内色氨酸原位检测（线性范围10–110 μM）。其氧化信号与果实成熟度相关，但需注意脱落酸的干扰。
- 谷氨酸（glutamate）：铂纳米颗粒（PtNPs）修饰的GRE结合谷氨酸氧化酶（GluOx），通过H2
O2
生成监测黄瓜果实内谷氨酸（检测限0.536 μM）。
2.4 应激标志物
- 葡萄糖：集成反向离子电渗的柔性生物传感器监测生菜叶片葡萄糖（检测限9.4 μM），发现蓝光胁迫下光合速率下降。
- 活性氧（ROS）：自供电激光诱导石墨烯（LIG）微针植入番茄茎部，实时追踪盐胁迫诱导的H2
O2
爆发（10–100 μM），信号持续10小时。
2.5 pH监测
- 可穿戴设计：聚苯胺（PANI）修饰的LIG电极通过植物吐水液（guttation fluid）分析水稻盐胁迫下的pH波动（灵敏度47 mV/pH）。
- 植入式微针：金/银双电极阵列插入叶片，显示干旱胁迫下pH从5.34升至6.93（近能斯特响应-57.2 mV/pH）。
3. 挑战与未来方向
当前传感器需平衡材料成本（如纳米金）、机械稳定性（如抗风设计）与长期监测可靠性。AI算法可优化多参数数据分析，例如预测病害或调控灌溉。未来，结合机器人技术的智能传感器将推动农业从“经验驱动”迈向“数据驱动”。
（注：全文数据与结论均源自原文，未新增观点。）
