Image: Engineers have developed a sensor that can be “printed” onto plant leaves to indicate when they need water

Inženýři z Massachusetts Institute of Technology (MIT) vyvinuli speciální druh senzorů, které dokáží monitorovat stav rostliny a upozornit člověka, zda nepotřebují vodu. Funguje to tak, že jsou senzory implantovány přímo do listů rostlin.

Michael Strano, profesor chemického inženýrství na univerzitě v MIT a přední autor této studie, tvrdí, že tento nový inovativní vynález může sloužit farmářům jako prostředek pro včasné upozornění na nedostatek vláhy a snižuje tak pravděpodobnost ztrát v jejich úrodě.

„Tato technologie se zdá, jako nejrychlejší indikátor sucha, který byl pro zemědělství kdy vivinut. Je obtížné získat takové informace jiným způsobem. Můžete dát senzory do půdy, nebo můžete provádět satelitní mapování, ale nikdy nevíte, co rostlina detekuje jako nedostatek vody,“ tvrdí Strano.

Strano věří, že tato nová technologie otevírá cestu k rozvoji suchu-vzdorných rostlin.

Nový senzor MIT se zaměřuje na stomata rostlin, což jsou malé póry na povrchu listu, které umožňují odpařování vody. Jak se voda z listu odpařuje, tlak vody v rostlině klesá, což jí umožňuje dále čerpat vodu z půdy procesem nazývaným transpirace.

„Lidé vědí již dávno, že stomata reagují na světlo, na koncentraci oxidu uhličitého či na sucho. S novým objevem však nyní máme možnost je průběžně monitorovat. Předchozí metody podobná data produkovat nedokázaly,“ říká Vladimír Koman, doktor z MIT a hlavní autor studie.

Inženýři MIT používají inkoust z uhlíkových nanotrubiček – drobné duté trubice z uhlíku, které umožňují tok elektrického proudu – rozptýlené v organické sloučenině zvané dodecylsulfát sodný, který stomata nijak nepoškozuje. Tímto inkoustem lze poté udělat „potisk“ přes póry listu za účelem vytvoření elektronického obvodu.

Proud v elektrickém obvodu lze měřit zařízením jménem multimetr. Když se pór otevře, proud okamžitě přestane proudit, což umožňuje vědcům velmi přesně měřit, kdy jsou jednotlivé póry otevřené nebo zavřené.

Pozorováním této otevírací a zavírací činnosti výzkumníci MIT zjistili, že mají jasné informace o stavu rostlin a v případě nutnosti by dokázali sucho odhalit během dvou dní. Zjistili, že stomata se otevřou v časovém rámci přibližně sedmi minut po vystavení slunečnímu záření a přibližně 53 minut po setmění se uzavírají.

Nicméně, když jsou rostliny bez vody, trvá v průměru 25 minut, než se stomata otevřou, zatímco čas potřebný k uzavření stomat se vyšplhal na 45 minut.

„Tento výzkum je vzrušující, protože otevírá možnost přímého tisku elektroniky na živé rostliny pro dlouhodobé pozorování fyziologických reakcí rostlin na faktory prostředí, jako je právě například sucho,“ říká Michael McAlpinová, docentka strojírenské univerzity v Minnesotě.

„Mohlo by to znamenat velké konstruktivní změny pro zemědělství, zejména z hlediska klimatických změn, kdy v některých oblastech bude panovat nedostatek vody a změny v teplotách prostředí,“ dodává Koman.

Studie, která byla zveřejněna ve středu 8. listopadu v časopise Lab on a Chip, byla financována Singapurskou agenturou pro vědu, výzkum a technologii, Švýcarskou národní vědeckou nadací a Ministerstvem energetiky Spojených států.


Skutečné experimenty

Vědci svůj vynález testovali na rostlině jménem lopatkovec, a to především proto, že má velká stomata. Vytvořili formu potisku s mikrofluidním kanálem pro aplikaci inkoustu. Když je forma umístěna na list, inkoust, který kanálem protéká, je implantován přímo do povrchu listu.

 

Překlad: raja, Zdroj: 1