Bei „Rot“ braucht die Pflanze: Hilfe Sensor zeigt die Gesundheit von Gewächsen an

Besitzer von Gärten, Zimmerpflanzen und landwirtschaftlichen Betrieben können künftig „magisches“ Papier auf ihre Pflanzen heften, dass ihnen sagt, wenn sie Stress haben. Bei Wassermangel, Schädlingsbefall oder sonstigen fehlenden Nährstoffen verwandelt sich das Gelb des Sensors in leuchtendes Rot. Das geschieht bereits, bevor Symptome sichtbar sind.

Bild: Matthew Modoono/Northeastern University

Der Anstoß kam von einer Glockenblume

Die Idee, einen solchen Sensor zu entwickeln, hatte der Molekularbiologe Dan Wilson, leitender Wissenschaftler am Kostas Research Institute der Northeastern University in Boston im US-Bundesstaat Massachusetts, als er sich intensiv mit Nesocodon beschäfigte, einem Glockenblumengewächs, das auf der Insel Mauritius vorkommt. Der Nektar dieser Pflanze verändert seine Farbe in Abhängigkeit von der Konzentration eines kleinen Moleküls namens Prolin, einem universellen Biomarker für die Pflanzengesundheit, so der Wissenschaftler.

Farbintensität zeigt die Schwere des Stresses an

Dieses Molekül produzieren Pflanzen, wenn sie unter Stress leiden, als Reaktion auf Wassermangel, aggressive Metalle im Boden, zu viel Sonnenlicht oder zu viel Hitze. „Wir haben die Reaktion des Nesocodon-Nektars und dieses Farbschema genutzt, um Sensoren zu entwickeln, die dieselbe Farbveränderung durchlaufen“, so Wilson. „Allerdings tun sie dies dosisabhängig, sodass wir anhand der Intensität der Farbveränderung Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand der Pflanze und darauf ziehen können, ob sie sich in einem Stresszustand befindet oder nicht.“

Sensor funktioniert wie der Glockenblumennektar

Der Farbwechsel des Nektars der Nesocodon-Pflanze entsteht durch die Vermischung von Prolin mit dem kleinen Molekül Sinapaldehyd, das laut Wilson ebenfalls in der Pflanze gebildet wird. Diese Mischung führt zur Bildung eines natürlichen roten Pigments namens Nesocodin, wodurch der Nektar der Nesocodon-Pflanze seine Farbe von gelb zu leuchtend rot wechselt.

Aufbauend auf früheren Forschungsarbeiten anderer Institutionen konnten die Forscher diese Reaktion mit papierbasierten Sensoren nachstellen, die mit Sinapaldehyd imprägniert waren. Wenn eine Pflanze einen hohen Prolin-Gehalt aufweist, produziert der Sensor Nescodin, wodurch sich der Sensor hellrot färbt. Bei gesunden Pflanzen bleibt der Sensor blassgelb.

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