E-Mail vom Spinat
Forscher machen Pflanzen zu Biosensoren, die Alarm schlagen, wenn beispielsweise zu hohe Schadstoffkonzentrationen auftreten.
Geht es nach Forschern wie Michael Strano und seinem Team, ist die Digitalisierung der Landwirtschaft nur ein Zwischenstadium. Sie setzen auf hybride Systeme aus speziellen Pflanzen und Sensoren, die die Umwelt überwachen sollen.
In Zusammenarbeit mit Stranos Team haben Forscher der Singapore University jetzt einen portablen Sensor entwickelt, mit dem sich die Vitaldaten von Pflanzen rund um die Uhr überwachen lassen. Gerät die Pflanze unter Stress, löst der Sensor beispielsweise eine E-Mail-Benachrichtigung aus. Das Gerät bietet Landwirten und Pflanzenwissenschaftlern ein neues Werkzeug zur Frühdiagnose und Echtzeitüberwachung der Pflanzengesundheit.
Daten in Echtzeit
Der neue Sensor, der einfach auf ein Blatt aufgesteckt wird, nutzt Raman-Spektroskopie. Diese misst die inelastische Streuung von Licht an Molekülen. Komplexe Moleküle erzeugen so charakteristische spektrale Fingerabdrücke. Der "Portable Raman leaf-clip sensor for rapid detection of plant stress" reagiert auf Änderungen im Stickstoff-Haushalt der Pflanze.
So etwas zu messen war bislang nur im Labor möglich – nicht in Echtzeit auf dem freien Feld. Während sich die Studie hauptsächlich mit der Messung des Stickstoffgehalts in Pflanzen beschäftigte, kann das Gerät auch verwendet werden, um den Gehalt anderer Pflanzenstressphänotypen wie Trockenheit, Hitze- und Kältestress, Salzstress und Lichtstress zu erkennen.
Arsen im Boden
Langfristig arbeiten die Forscher jedoch daran, die Sensorik – zumindest zum großen Teil – in die Pflanze selbst einzubauen. Das funktioniert mithilfe von mit einem speziellen Verfahren in die Zellen der Pflanzen transferierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese verändern ihre Fluoreszenzeigenschaften in Anwesenheit bestimmter anderer Moleküle.
Im Dezember 2020 demonstrierten die Forscher mithilfe dieser Methode, wie sich Arsen im Boden sehr viel leichter und schneller nachweisen lässt als bisher. Im April 2020 veröffentlichten die Forscher ein Paper, in dem sie zeigen konnten, dass auf diese Weise modifizierte Pflanzen ein Signal auslösen, wenn ihre Oberfläche mechanisch verletzt wird – zum Beispiel durch Schädlingsbefall. (wst)
