Forscher der North Carolina State University unter der Leitung von Zheng Li haben einen Patch entwickelt, den die Pflanzen sie können "tragen", um kontinuierlich auf Krankheiten oder andere Beschwerden wie Ernteschäden oder extreme Hitze zu achten.
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 Züchtern jedoch nur eine Messung: Der Zeitabstand zwischen der Ernte und den Testergebnissen macht es schwierig, sie abzulesen.
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 gezeigte Prototyp speichert diese Tracking-Daten, aber zukünftige Versionen werden die Daten drahtlos übertragen. Was wir entwickelt haben, ermöglicht es Züchtern, Probleme auf dem Feld zu erkennen - sie sollten nicht warten müssen, um Testergebnisse aus einem Labor zu erhalten."
Wie werden "grüne" Patches hergestellt?
Die rechteckigen Patches sind 30 mm lang und bestehen aus einem flexiblen Material mit Sensoren auf Graphenbasis und flexiblen Silbernanodrähten. 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 Schädigung der Pflanze und Infektion mit P. infestans, dem Erreger, der bei Tomaten Falschen Mehltau verursacht.
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.
"Dies ist nicht viel schneller als das Einsetzen der visuellen Symptome von Falschem Mehltau", sagt Wei. „Das Pflanzenüberwachungssystem stellt jedoch sicher, dass sich die Landwirte nicht darauf verlassen müssen, die geringsten visuellen Symptome zu erkennen. Eine kontinuierliche Überwachung würde es den Erzeugern ermöglichen, Pflanzenkrankheiten so schnell wie möglich zu erkennen und so die Ausbreitung der Krankheit zu begrenzen.
Die Prototypen des grünen Flecks sind bereits in der Lage, 13 verschiedene VOCs von ebenso vielen Pflanzen mit hoher Präzision zu erkennen.
„gewachste“ Pflanzen, gehärtete 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, Luftfeuchtigkeit und andere Umgebungsvariablen überwachen kann. Und wie bereits erwähnt, werden zukünftige Versionen solarbetrieben sein und eine drahtlose Datenübertragung ermöglichen.
