Tragbare Sensoren: Neue Datenerfassungstools zur Pflanzenphänotypisierung

Um der steigenden globalen Nachfrage nach Nahrungsmitteln gerecht zu werden, müssen die Ernteerträge durch effiziente Phänotypisierung verbessert werden. Die optische bildbasierte Phänotypisierung hat erhebliche Fortschritte in der Pflanzenzucht und im Pflanzenmanagement ermöglicht, ist jedoch aufgrund ihres berührungslosen Ansatzes hinsichtlich der räumlichen Auflösung und Genauigkeit eingeschränkt.
Tragbare Sensoren mit Kontaktmessungen bieten eine vielversprechende Alternative für die In-situ-Überwachung von Pflanzenphänotypen und ihrer Umgebung. Trotz erster Fortschritte bei der Überwachung von Pflanzenwachstum und Mikroklima bleibt das volle Potenzial tragbarer Sensoren für die Pflanzenphänotypisierung weitgehend ungenutzt.
Im Juli 2023 veröffentlichte Plant Phenomics einen Übersichtsartikel mit dem Titel „Tragbare Sensoren: Neue Datenerfassungstools für die Pflanzenphänotypisierung“. Ziel dieses Artikels ist es, die Fähigkeit tragbarer Sensoren zur Überwachung verschiedener Pflanzen- und Umweltfaktoren zu untersuchen und dabei ihre hohe Auflösung, Vielseitigkeit und minimale Invasivität hervorzuheben. Gleichzeitig werden bestehende Probleme angesprochen und Lösungen bereitgestellt.
Tragbare Sensoren bieten einen revolutionären Ansatz zur Pflanzenphänotypisierung und überwinden die Einschränkungen herkömmlicher 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 Wachstum und der Morphologie der Pflanzen an und ermöglichen so eine Echtzeitüberwachung vor Ort.
Im Gegensatz zur optischen Bildgebung sind tragbare Sensoren weniger anfällig für Umwelteinflüsse und können genauere Daten liefern. Bei der Überwachung von Blatttemperatur und -feuchtigkeit nutzen tragbare Sensoren drahtlose Konnektivität und fortschrittliche Materialien, um zuverlässige und genaue Messungen zu ermöglichen.
Sensoren mit flexiblen Elektroden ermöglichen Fortschritte bei der Messung von Biopotenzialen, minimieren Pflanzenschäden und ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung. Die Erkennung von Stressreaktionen kann durch den Einsatz von Sensoren verbessert werden, die frühe Anzeichen von Krankheiten oder Umweltbelastungen wie UV-Strahlung und Ozonbelastung überwachen.
Tragbare Sensoren eignen sich auch hervorragend zur Umweltüberwachung und erfassen Faktoren wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und das Vorhandensein von Pestiziden. Multimodale Sensoren auf leichten, dehnbaren Plattformen erfassen Echtzeitdaten, die für das Verständnis der Mikroumgebungen, die das Pflanzenwachstum beeinflussen, von entscheidender Bedeutung sind.
Tragbare Sensoren versprechen zwar große Erfolge bei der Phänotypisierung von Pflanzen, bringen aber auch Herausforderungen mit sich, wie z. B. Störungen des Pflanzenwachstums, schwache Bindungsschnittstellen, begrenzte Signaltypen und eine geringe Überwachungsabdeckung. Lösungen umfassen leichte, weiche, dehnbare und transparente Materialien sowie fortschrittliche Verbindungstechnologien und die Integration mehrerer Messmodi.
Da die Technologie tragbarer Sensoren immer weiter voranschreitet, wird erwartet, dass sie eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung der Pflanzenphänotypisierung spielen und bessere Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Umwelt ermöglichen wird.