Forscher der North Carolina State University unter der Leitung von Zheng Li haben einen Patch entwickelt, den die Pflanzen sie können „angezogen“ werden, um sie kontinuierlich auf Krankheiten oder andere Beschwerden, wie z. B. Ernteschäden oder extreme Hitze, zu überwachen.
Ein grüner Gesundheitssensor
Wir haben einen tragbaren Sensor entwickelt, der Pflanzenstress und -krankheiten auf nicht-invasive Weise überwacht, indem er die von Pflanzen emittierten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) misst
Qingshan Wei, Mitautor der Studie. Assistenzprofessor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der NC State University.
Derzeitige Testverfahren für Stress oder Pflanzenkrankheiten umfassen die Entnahme von Pflanzengewebeproben und die Durchführung von Laboranalysen.
Dies gibt den Erzeugern jedoch nur einen Messwert – der zeitliche Abstand zwischen der Ernte und den Testergebnissen erschwert das Ablesen.
Unterschiedliche Ernten, unterschiedliche Frequenzen
Pflanzen emittieren unter verschiedenen Umständen unterschiedliche Kombinationen von VOCs. Durch gezielte VOCs, die für bestimmte Pflanzenkrankheiten oder Stress relevant sind, können Sensoren Benutzer auf bestimmte Probleme aufmerksam machen.
„Unsere Technologie überwacht kontinuierlich die VOC-Emissionen der Anlage, ohne die Anlage zu beschädigen“, sagt Wei. "Der von uns demonstrierte Prototyp speichert diese Überwachungsdaten, aber zukünftige Versionen werden die Daten drahtlos übertragen. Was wir entwickelt haben, ermöglicht es den Erzeugern, Probleme im Feld zu identifizieren - sie müssten nicht warten, um Testergebnisse von einem Labor zu erhalten. "
Wie werden "grüne" Pflaster hergestellt?
Die rechteckigen Patches sind 30 mm lang und bestehen aus einem flexiblen Material, das graphenbasierte Sensoren und flexible Silber-Nanodrähte enthält. Die Sensoren sind mit verschiedenen chemischen Liganden beschichtet, die auf das Vorhandensein spezifischer VOCs für verschiedene Pflanzen reagieren.
Dadurch kann das System VOCs in den von den Blättern der Pflanze emittierten Gasen erkennen und messen.
Die Forscher testeten einen Prototyp des Geräts an Tomatenpflanzen. Der Prototyp wurde eingerichtet, um zwei Arten von Stress zu überwachen: physische Schäden an der Pflanze und Infektion mit P. infestans, dem Erreger der Krautfäule bei Tomaten.
Das System erkannte innerhalb von ein bis drei Stunden Veränderungen, die mit der physischen Schädigung der Pflanzen verbunden waren, je nachdem, wie nahe der Schaden an der Patch-Stelle lag.
Dinge verbessert und verbessert werden
Der Nachweis von P. infestans dauerte länger. Die Technologie erkannte erst drei bis vier Tage nach der Impfung der Tomatenpflanzen Veränderungen der VOC-Emissionen.
„Das ist nicht viel schneller als das Auftreten von visuellen Symptomen des Falschen Mehltaus“, sagt Wei. „Das Pflanzenüberwachungssystem stellt jedoch sicher, dass sich die Erzeuger nicht darauf verlassen müssen, die geringsten visuellen Symptome zu erkennen.
Die Prototypen des grünen Flecks sind bereits in der Lage, 13 verschiedene VOCs von ebenso vielen Pflanzen mit hoher Präzision zu erkennen.
"Wachsige" Pflanzen, gepökelte Pflanzen
Es ist wichtig zu beachten, dass die Materialien relativ kostengünstig sind. Steigt die Produktion, wird diese Technologie rentabel. Eine praktische Lösung eines solchen Problems erfordert sehr geringe Kosten.
Der nächste Schritt für "Crop Saver"-Patches? Forscher arbeiten derzeit an der nächsten Generation, die neben VOCs auch Temperatur, Feuchtigkeit und andere Umgebungsvariablen überwachen kann. Und wie bereits erwähnt, werden zukünftige Versionen solarbetrieben und zur drahtlosen Datenübertragung fähig sein.
