综述：用于原位树木健康与胁迫监测的纳米生物技术：从实验室生物传感器到森林可部署平台

《In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant》：Nanobiotechnology for in situ tree health and stress monitoring: from laboratory biosensors to forest deployable platforms

　　**摘要**森林健康监测仍主要依赖偶尔进行的目视调查以及无人机、卫星等遥感产品。这些传统分析方法只能在不可逆的生理损伤已经发生后才能检测到胁迫状况。本综述针对原位树木健康，批判性地探讨了纳米生物技术如何推动从基于症状的评估向持续、原位诊断单株树木健康的范式转变。本综述将原位树木生物传感定义为对植物各部位（如树干、叶面、木质部、韧皮部和根区）的生化与生理信号进行直接探测，并系统分类了与早期胁迫检测最为相关的生物学和物理化学靶标，包括病原DNA/RNA的存在、分泌的毒力酶、植物分泌的防御相关代谢物、活性氧、植物激素、渗透调节物质、离子失衡、树液电导率以及栓塞相关的液压信号。此外，文章分析了纳米材料在树木生物传感中信号转导、生物界面和分析物捕获方面的功能作用，重点阐述了纳米结构电极、等离子体架构和纳米多孔支架如何实现超低体积采样和高灵敏度检测，以应对复杂的植物健康相关参数。本综述回顾了近年来为木本植物开发的电化学、光学及可植入传感器架构，重点包括微针平台、有机电化学晶体管、木质部集成离子传感器以及树干安装式生理探头。除分析性能之外，本综述揭示了样本获取、基质效应、生物污染和长期信号漂移等主要瓶颈，这些因素阻碍了从实验室演示到森林可部署系统的转化。最后，本综述提出了一个系统级路线图，整合可靠的生物界面、低功耗电子设备、边缘计算和无线通信，通过将分子水平的胁迫诊断与可扩展的现场部署相连接，将原位纳米生物传感器与景观尺度的森林监测基础设施联系起来。将纳米生物技术整合应用于原位树木健康监测，为实时、预测性的森林健康监控提供了一条切实可行的路径。