Um der steigenden globalen Nachfrage nach Nahrungsmitteln gerecht zu werden, ist es notwendig, die Ernteerträge durch effiziente Phänotypisierung zu verbessern. Optische, bildbasierte Phänotypisierung hat bedeutende Fortschritte in der Pflanzenzüchtung und im Pflanzenbau ermöglicht, stößt jedoch aufgrund ihres berührungslosen Ansatzes an Grenzen hinsichtlich räumlicher Auflösung und Genauigkeit.
Tragbare Sensoren, die auf Kontaktmessungen basieren, bieten eine vielversprechende Alternative für die In-situ-Überwachung von Pflanzenphänotypen und ihrer Umwelt. Trotz erster Fortschritte in der Überwachung von Pflanzenwachstum und Mikroklima ist das volle Potenzial tragbarer Sensoren für die Pflanzenphänotypisierung weitgehend ungenutzt.
Im Juli 2023 veröffentlichte Plant Phenomics einen Übersichtsartikel mit dem Titel „Tragbare Sensoren: Neue Datenerfassungsinstrumente für die Pflanzenphänotypisierung“. Ziel dieses Artikels ist es, die Möglichkeiten tragbarer Sensoren zur Überwachung verschiedener Pflanzen- und Umweltfaktoren zu untersuchen, ihre hohe Auflösung, Vielseitigkeit und minimale Invasivität hervorzuheben und gleichzeitig bestehende Probleme anzusprechen und Lösungen anzubieten.
Tragbare Sensoren bieten einen revolutionären Ansatz für die Pflanzenphänotypisierung und überwinden die Einschränkungen traditioneller berührungsloser Methoden wie der optischen Bildgebung. Sie bieten eine hohe räumliche Auflösung, Vielseitigkeit und minimale Invasivität und ermöglichen die Messung verschiedener Pflanzenphänotypen wie Längenwachstum, Blatttemperatur, Hydratation, Biopotenzial und Stressreaktionen.
Innovative Technologien wie dehnbare Dehnungsmessstreifen und flexible Elektrodensensoren passen sich dem Pflanzenwachstum und der Morphologie an und ermöglichen so eine Echtzeit-Überwachung vor Ort.
Im Gegensatz zu optischen Bildgebungsverfahren sind tragbare Sensoren weniger anfällig für Umwelteinflüsse und liefern präzisere Daten. Bei der Überwachung von Blatttemperatur und -feuchtigkeit nutzen sie drahtlose Verbindungen und moderne Materialien, um zuverlässige und genaue Messwerte zu gewährleisten.
Sensoren mit flexiblen Elektroden ermöglichen Fortschritte bei der Messung von Biopotenzialen, minimieren Pflanzenschäden und gewährleisten eine kontinuierliche Überwachung. Die Erkennung von Stressreaktionen kann durch den Einsatz von Sensoren verbessert werden, die frühe Anzeichen von Krankheiten oder Umweltstress, wie beispielsweise UV-Strahlung und Ozonbelastung, erfassen.
Tragbare Sensoren eignen sich hervorragend für die Umweltüberwachung und erfassen Faktoren wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und das Vorhandensein von Pestiziden. Multimodale Sensoren auf leichten, dehnbaren Plattformen sammeln Echtzeitdaten, die für das Verständnis der Mikroumgebungen, welche das Pflanzenwachstum beeinflussen, unerlässlich sind.
Obwohl tragbare Sensoren großes Potenzial für die Phänotypisierung von Pflanzen bergen, stehen sie auch vor Herausforderungen wie Beeinträchtigungen des Pflanzenwachstums, schwachen Bindungsschnittstellen, begrenzten Signalarten und geringem Überwachungsbereich. Lösungsansätze umfassen leichte, weiche, dehnbare und transparente Materialien sowie fortschrittliche Verbindungstechnologien und die Integration mehrerer Messmodi.
Da die Technologie tragbarer Sensoren ständig Fortschritte macht, wird erwartet, dass sie eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung der Phänotypisierung von Pflanzen spielen und so einen besseren Einblick in die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt ermöglichen wird.
Veröffentlichungsdatum: 24. Juli 2024