結合高光譜相機 發送遠距信號 基改細菌能感測 確保農作物健康

編譯／韋士塔

基改細菌正被科學家應用於環境監測和農業，研究人員表示，對細菌進行基因改造後，可培育出具有感知能力的細菌，用來檢測汙染物或土壤中的營養成分，幫助農民更有效地掌握作物的生長與健康狀態。

麻省理工學院（MIT）的研究團隊表示，傳統上，細菌監控通常依賴顯微鏡來觀察其細胞信號，但這種方法無法在大範圍應用。MIT研究小組設計一種新技術，讓基改細菌能產生獨特顏色組合的分子，並利用專用相機加以識別，有效距離可達90公尺，並透過無人機或衛星進行監測。

研究團隊指出，這項技術不僅為農業帶來新望，也能應用於其他需要進行環境感測的領域。

MIT生物工程系主任沃伊特（Christopher Voigt）指出，他們成功地將兩種細菌改造，使其能夠在可見光及紅外光波段中發出特定波長的光。這些光線能夠透過高光譜相機進行成像，有效地將感測信號放大。

研究團隊在發表於《自然生物技術》（Nature Biotechnology）期刊的報告中表示，基改細菌檢測技術具有高度的靈活性，能與現有的感測器系統結合使用，包括檢測砷類物質或其他類型的汙染物。

沃伊特表示，目前許多實驗室使用的分子檢測方法，如綠色螢光蛋白（GFP），雖然在短距離內有效，但遠距離測量的應用卻受到限制。MIT的研究團隊的新思路，則使用高光譜相機來辨識基改細菌產生的分子。

高光譜相機能夠識別多種顏色的波長，目前主要用於檢測輻射。例如，在車諾比核災事件周圍的地區，這些相機被用來測量放射性物質在植物細胞的葉綠素中產生顏色變化。此外，高光譜相機也被用來尋找植物營養不良或病原體入侵的跡象。

MIT的研究團隊利用量子計算，推算約20000種自然存在的細胞分子的高光譜特徵，並識別出那些具備獨特光發射模式的分子，選擇最適合進行基因改造的目標，提升檢測效率。

研究團隊測試時，把基改細菌放置在封閉的箱子裡，並將箱子放置在不同環境中，例如田野、沙漠以及建築物的屋頂。安裝在無人機上的高光譜相機，順利偵測到基改細菌產生的信號，經過20到30秒的掃描時間後，電腦再透過演算法分析，將信號轉換成影像。

科學家們認為，這種先進的感測技術在農業的應用前景值得期待，例如檢測土壤中的氮或其他養分，幫助農民進行精準施肥，提升作物產量。

另一個潛在的應用領域是地雷檢測。透過這種技術，基改細菌能檢測地面下的爆炸物，提高清除地雷的效率和安全性。

參與這項研究的博士後研究員切姆拉（Yonatan Chemla）表示，這項技術的最大優勢在於能夠與任何感測器結合，應用範圍極為廣泛。未來，研究團隊將提升有效感測距離，增強感測能力，把智慧農業和環境監測提升到全新的高度。