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pte20210607003 Technologie/Digitalisierung, Produkte/Innovationen

Nanosensoren messen Wassergehalt im Blatt

Forscher liefern mit "AquaDust" ein wertvolles Werkzeug für Biologen, Züchter und Landwirte


Versuch im Labor: Ein Blatt wird mit
Versuch im Labor: Ein Blatt wird mit "AquaDust" "geimpft" (Foto: cornell.edu)

Ithaca (pte003/07.06.2021/06:10) - Das neue System "AquaDust" von Forschern der Cornell University http://cornell.edu misst den Wassergehalt von Pflanzen. Der Algorithmus dahinter entscheidet anhand der erhobenen Daten darüber, ob die Pflanze normal wächst, bewässert werden muss oder kurz vor dem Verdursten steht.

Smarte Hydrogelteilchen

AquaDust besteht aus Hydrogelteilchen, die Wasser aufnehmen können. Sie sind so klein, dass sie durch die Poren in den Blättern eindringen können, ohne sie zu verletzen. Sie enthalten Farbstoffe und dringen ein paar Mikrometer tief ein. Wenn sie auf Wasser treffen, quillen sie auf, wenn nicht, dann schrumpfen sie. Dadurch ändern sich die Abstände der Farbpartikel.

Aufschluss über den Wassergehalt bringt die Bestrahlung des Blattes mithilfe eines Lichtwellenleiters. Ein Teil des Lichts wird verschluckt, ein anderer reflektiert. Aus dem so entstehenden Frequenzspektrum lässt sich der Wassergehalt ablesen. Zunächst will Forschungsleiter Abraham Stroock mit dem neuen System das grundlegende Verständnis der Pflanzenbiologie verbessern. Sodann könnte es Züchtern helfen, dürreresistentere Pflanzen zu entwickeln. Zudem soll es Landwirte unterstützen, den Wasserbedarf ihrer Pflanzen zu kontrollieren, um die Bewässerung zu optimieren und den Ertrag zu erhöhen.

Wassermanagement 2.0

Bisher lässt sich der Wassergehalt von Blättern nur bestimmen, wenn man sie abschneidet und im Labor analysiert. Das ist zeitaufwendig und schadet den Pflanzen. In den Blättern von Pflanzen befinden sich adernähnliche Röhren, die Wasser transportieren. Um diese herum befindet sich eine Mesophyll genannte Zone, in der der größte Teil der Photosynthese und des Wassermanagements der Pflanze stattfindet.

Biologen vermuten, dass von hier aus Signale zur Wasserbewirtschaftung an den Rest der Pflanze gesendet werden. Diese sorgen dafür, dass sich Poren, Spalte genannt, in den Blättern öffnen oder schließen und dass bei Bedarf Wasser nachgeliefert wird. Durch sie strömt das für die Fotoynthese benötigte CO2 hinein und überschüssiges Wasser wird in Form von Dampf abgegeben. In dieser mikroskopisch kleinen Zone arbeitet die neue Technologie.

(Ende)
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