Mini-Pflaster verhindern fatale Ernteschäden

Sensor der Iowa State University erkennt Stress, noch bevor der Landwirt überhaupt etwas sieht

"Klebefläche" des Sensors unter dem Mikroskop: klein, aber hocheffektiv (Foto: acs.org)

Ames (pte018/20.03.2025/11:30)

Forscher der Iowa State University haben einen neuen Pflanzen-Sensor entwickelt. Er erkennt subtile Stressfaktoren wie den Befall von Schädlingen oder Krankheiten im Anfangsstadium. Das Mini-Gadget wird an den Blättern befestigt und fungiert damit künftig als Frühwarnsystem, das verheerende Ernteausfälle verhindern soll.

Wasserstoffperoxid-Alarm

Gestresste Pflanzen setzen Wasserstoffperoxid frei und genau diese Flüssigkeit erkennt der Sensor. Dieses Molekül signalisiert nicht nur Stress, sondern hilft auch, die Abwehrmechanismen der Pflanze zu aktivieren. Durch die frühzeitige Erkennung dieser chemischen Veränderungen können Landwirte diese natürliche Gegenwehr unterstützen und Schäden minimieren, sind die Entwickler überzeugt.

Die meisten bestehenden Methoden zum Nachweis von Wasserstoffperoxid sind komplex und erfordern Blattproben, mehrere Verarbeitungsschritte oder externe Detektoren, die auf Fluoreszenz basieren - ein Ansatz, der oft durch Chlorophyll-Interferenzen erschwert wird. Früher entwickelte tragbare Geräte für den Pflanzenschutz konzentrierten sich auf die Überwachung des Wassergehalts der Blätter als Indikator für die Gesundheit.

Aber Forschungsleiter Liang Dong und sein Team, dem auch Mikrobiologen und Pflanzenkundler angehören, haben nach einem direkteren Ansatz gesucht. Sie entwickelten ein in sich geschlossenes Pflaster, das schnell und genau den Wasserstoffperoxidgehalt in lebenden Pflanzen misst und eine einfachere und effektivere Möglichkeit zur Überwachung von Pflanzenstress bietet, heißt es.

Enzym setzt Elektronen frei

Um ein Pflaster herzustellen, das an der Unterseite von Blättern haftet, haben die Forscher eine Reihe mikroskopisch kleiner Kunststoffnadeln auf einer flexiblen Basis angebracht. Diese strukturierte Oberfläche beschichteten sie mit einer Chitosan-basierten Hydrogelmischung, ein Enzym, das mit Wasserstoffperoxid reagiert. Dabei erzeugt es Elektronen, die als elektrischer Strom erfasst werden. Dieses Signal lässt sich an dem Sensor erkennen.

Laut den Fachleuten tritt das Signal bereits innerhalb einer Minute nach Anbringen des Pflasters auf. In der Praxis muss der Farmer oder Gärtner Pflanzen, bei denen Stress vermutet wird, mit dem Pflaster ausstatten und kurz warten, bis er das Ergebnis hat. Eine Datenübertragung, etwa auf ein Smartphone, ist bisher nicht vorgesehen. Die Forscher stellen ihren Sensor in "ACS Sensors" vor, die eine Fachzeitschrift der American Chemical Society ist.

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