对农作物的生长发育和环境响应表型进行精准、动态、持续监测和描绘，是生命计量的重要研究方向，对于通过智慧调控手段提升作物产量与品质至关重要。随着植物表型组学和柔性电子学的交叉融合，近年来涌现了多种基于不同原理的可穿戴式植物传感器。然而，当前此类产品基本处于实验室阶段，在农业领域的应用面临多重挑战：一是现有传感器常难以同时实现高灵敏度和宽检测范围；二是其在风雨、日晒、温度波动等自然条件下的稳定性不足，长期稳定工作能力欠缺；三是因通用性受限或成本高、操作复杂，难以支持大规模田间应用；最后，也是尤为重要的一点，现有传感器系统的设计往往追求于数据分辨率，而缺乏将测量数据转化为有意义的植物生理、生长发育及环境响应信息的能力，在揭示复杂性状的生物学机制及指导农业生产实践中的作用有限。

近日，我校生命科学学院徐沛研究员团队在Cell 出版社旗下Plant Communications杂志（生物学一区TOP期刊，IF 9.4）发表了题为“PlantRing: A high-throughput wearable sensor system for decoding plant growth, water relations and innovating irrigation”的研究论文，在植物表型计量领域取得重要进展。团队通过与清华大学等合作，研发了高通量、低成本植物穿戴式传感器系统—PlantRing（植物手环），将植物茎、果实等器官直径动态微变化与植物生理功能（水分分配、昼夜节律、气孔行为等）深度关联，并引导反馈灌溉，实现了从基于环境信息向基于植物本体信息的范式转变。PlantRing作为精密科学仪器和智慧农业实用工具的双重功能已在真实生产环境下得到验证，并实现商业化制造，突破了植物穿戴式传感器大规模应用的瓶颈。

Plantring系统由传感单元、防水无线通信单元和云服务器终端组成（图1）。传感器环绕监测的植物器官，并将植物器官直径微变化产生的应力变化转变为电信号。柔性传感器的长度可根据所需监测的植物器官定制。防水无线通信单元将传感数据被传输到云服务器上，用于远程监控、管理和存储，可通过电脑和智能手机访问。PlantRing传感单元基于应力超敏感的蚕丝基纳米材料开发，结合便携式电学检测装置实现植物茎、果实等器官直径变化的实时监测，不仅可以高精度地分辨 < 10微米级的变化，还可实现三个月以上的长时间续航。论文通过一系列实例展示了Plantring系统的强大功能，包括基于茎直径的植物生理状态监测、果实裂果性状量化表征及耐裂果种质早期筛选、研究生物钟基因功能、用于亏缺灌溉，同步实现节水和提质等（图2）。

生命科学学院原讲师孙挺和副教授吕晨泽并列为该论文第一作者，徐沛研究员为论文通讯作者。清华大学化学系张莹莹教授，原博士后毕鹏、博士生邹梅，河南大学徐小冬和谢启光教授，淮安市农科院程瑞、许文钊以及青岛农业大学王华森教授等为本研究做出重要贡献。浙江农林大学崔霞研究员提供了部分植物材料。该研究获得了浙江省农业新品种选育重大专项（梨 2021C02066–5，茶叶 2021C02067-7-3）的资助。

徐沛研究员领衔的“农业植物表型计量”高原学科团队主要从事园艺作物,尤其是豆类蔬菜的多组学研究。团队组建5年多来，先后获得国家重点研发计划政府间重点专项、国家自然科学基金联合基金重点项目、国家农业重大人才工程、浙江省重点研发计划等重点重大项目资助。围绕计量科技在生物学和农业中的应用，研发了具有自主知识产权的新型高通量植物穿戴式传感器系统、高通量表型—基因型联合解析系列新方法等。在植物表型计量、水分调节的生理和分子机制、菜豆过敏源蛋白消减等研究方面取得了一系列成果，相关论文已发表在The Plant Cell、Plant Communications、Plant Journal 等国际一流杂志，获得美国发明专利、中国国家发明专利授权等10余件。2024年牵头获批“浙江—以色列农业植物表型计量与装备创新国际联合实验室”。