image: Este sensor mide el peróxido de hidrógeno, un marcador de estrés en las hojas de plantas de soja y tabaco. view more
Credit: Adaptado de ACS Sensors 2025, DOI: 10.1021/acssensors.4c02645
Las condiciones ambientales pueden causar estrés dañino en las plantas, lo que supone un desafío para jardineros aficionados y agricultores. Por ello, la detección temprana — antes de que las hojas se decoloren, marchiten o se sequen visiblemente — es fundamental. Ahora, investigadores que publican en ACS Sensors han creado un parche que se coloca en las plantas y detecta rápidamente el estrés y transmite la información al agricultor. Este sensor electroquímico se adhiere directamente a las hojas de la planta viva y monitorea el peróxido de hidrógeno, una señal clave de estrés.
Las plagas, la sequía, las temperaturas extremas y las infecciones provocan estrés en las plantas. Como respuesta, la bioquímica normal de las plantas se desequilibra y estas producen peróxido de hidrógeno, que también actúa como una señal entre las células para activar sus mecanismos de defensa. La detección temprana de esta señal química podría ayudar a las personas a ajustar de manera experta el cuidado de las plantas y prevenir daños mayores, maximizando así el rendimiento de los cultivos, incluso en condiciones difíciles. Sin embargo, la mayoría de los métodos actuales para detectar el peróxido de hidrógeno requieren la extracción de partes de la planta y múltiples pasos de procesamiento o detectores externos que observan cambios en la fluorescencia, los cuales pueden verse afectados por la clorofila. Además, los investigadores ya han estudiado dispositivos que se colocan en las plantas y monitorean el contenido de agua en las hojas como indicador de la salud. Por ello, Liang Dong y sus colegas se propusieron diseñar un parche independiente que detecte de manera rápida y precisa las señales de estrés por peróxido de hidrógeno en plantas vivas.
Para construir un parche que se adhiera al envés de las hojas, los investigadores crearon una matriz de agujas microscópicas de plástico sobre una base flexible. Sobre esta superficie modelada, aplicaron una mezcla de hidrogel basada en quitosano que convierte pequeños cambios en el peróxido de hidrógeno en diferencias medibles en la corriente eléctrica. La mezcla contenía una enzima que reaccionaba con el peróxido de hidrógeno para producir electrones y reducir el óxido de grafeno, lo que permite conducir esos electrones a través del sensor.
Los investigadores probaron los parches en plantas de soja y tabaco vivas y saludables, y las compararon con plantas estresadas e infectadas por bacterias. Descubrieron lo siguiente:
- En ambos cultivos infectados con el patógeno bacteriano Pseudomonas syringae pv tomato DC3000, el sensor produjo más corriente eléctrica en las hojas estresadas que en las sanas, y los niveles de corriente estaban directamente relacionados con la cantidad de peróxido de hidrógeno presente.
- La medición del peróxido de hidrógeno por parte del sensor fue precisa y confirmada mediante análisis de laboratorio convencionales.
- Después de aproximadamente 1 minuto, los parches midieron niveles de peróxido de hidrógeno en las hojas significativamente más bajos que los reportados previamente con sensores en forma de aguja para plantas vivas.
- Los parches pudieron reutilizarse 9 veces antes de que las agujas microscópicas perdieran su forma.
La nueva estrategia proporciona información que podría ayudar a los agricultores a tomar decisiones eficientes sobre los cultivos. “Podemos realizar mediciones directas en menos de 1 minuto por menos de 1 dólar por prueba”, afirma Dong. “Este avance simplificará significativamente el análisis, por lo que será práctico para los agricultores utilizar nuestro sensor de parche para el monitoreo de enfermedades en cultivos en tiempo real”.
Y a los investigadores les entusiasma seguir avanzando en la investigación. “Nuestro siguiente paso es refinar la tecnología y mejorar su reutilización”, concluye Dong.
Los autores agradecen el financiamiento de la Iowa State University, el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias.
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Journal
ACS Sensors
Article Title
“A Biohydrogel-Enabled Microneedle Sensor for In Situ Monitoring of Reactive Oxygen Species in Plants”
Article Publication Date
19-Mar-2025