Forscher entwickeln 'elektronischen Boden', der das Pflanzenwachstum fördert.

25. Dezember 2023

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durch die Linköping University

Gerstenkeimlinge wachsen durch ein neues Anbausubstrat elektrisch stimuliert um durchschnittlich 50% mehr. In einer in der Zeitschrift PNAS veröffentlichten Studie haben Forscher der Linköping University ein elektrisch leitendes "Boden"-Substrat für den Bodenlosen Anbau, bekannt als Hydrokultur, entwickelt.

"Die Weltbevölkerung nimmt zu und wir haben auch den Klimawandel. Es ist also klar, dass wir den Nahrungsmittelbedarf des Planeten nicht nur mit den bereits bestehenden landwirtschaftlichen Methoden decken können. Aber mit Hydrokultur können wir auch in städtischen Umgebungen in sehr kontrollierten Bedingungen Nahrungsmittel anbauen", sagt Eleni Stavrinidou, außerordentliche Professorin am Labor für Organische Elektronik an der Linköping University und Leiterin der Electronic Plants-Gruppe.

Ihre Forschungsgruppe hat nun ein elektrisch leitendes Anbausubstrat entwickelt, das speziell für die Hydrokultur geeignet ist und eSoil genannt wird. Die Forscher der Linköping University haben gezeigt, dass Gerstenkeimlinge, die im leitfähigen "Boden" gezüchtet wurden, sich elektrisch stimuliert um bis zu 50% mehr in 15 Tagen entwickelten.

Bei der Hydrokultur wachsen Pflanzen ohne Erde und benötigen nur Wasser, Nährstoffe und etwas, woran ihre Wurzeln anhaften können - ein Substrat. Es handelt sich um ein geschlossenes System, das die Wasserrückführung ermöglicht, sodass jede Keimpflanze genau die benötigten Nährstoffe erhält. Daher wird sehr wenig Wasser benötigt und alle Nährstoffe verbleiben im System, was bei der herkömmlichen Kultivierung nicht möglich ist.

Die Hydrokultur ermöglicht auch den vertikalen Anbau in großen Türmen, um die Raumeffizienz zu maximieren. Bereits auf diese Weise angebaute Pflanzen umfassen Salat, Kräuter und einige Gemüsesorten. Getreide wird normalerweise nicht in Hydrokultur angebaut, außer für den Einsatz als Futter. In dieser Studie zeigen die Forscher, dass Gerstenkeimlinge mittels Hydrokultur angebaut werden können und eine bessere Wachstumsrate durch elektrische Stimulation aufweisen.

"Auf diese Weise können wir Keimpflanzen schneller mit weniger Ressourcen zum Wachsen bringen. Wir wissen noch nicht genau, wie es funktioniert, welche biologischen Mechanismen daran beteiligt sind. Was wir herausgefunden haben, ist, dass Keimpflanzen Stickstoff effektiver verarbeiten, aber es ist noch nicht klar, wie die elektrische Stimulation diesen Prozess beeinflusst", sagt Starvrinidou.

Mineralwolle wird häufig als Anbausubstrat in der Hydrokultur verwendet. Dies ist nicht nur nicht biologisch abbaubar, sondern auch mit einem sehr energieintensiven Prozess hergestellt. Das elektronische Anbausubstrat eSoil besteht aus Cellulose, dem häufigsten Biopolymer, das mit einem leitfähigen Polymer namens PEDOT gemischt wird. Diese Kombination an sich ist nicht neu, aber dies ist das erste Mal, dass sie für den Pflanzenanbau und zur Schaffung einer Schnittstelle für Pflanzen auf diese Weise verwendet wird.

In früheren Forschungen wurde mit Hochspannung die Wurzeln stimuliert. Der Vorteil des "Bodens" der Linköping-Forscher besteht darin, dass er einen sehr geringen Energieverbrauch aufweist und keine Hochspannungsgefahr besteht. Stavrinidou glaubt, dass die neue Studie den Weg für neue Forschungsbereiche öffnen wird, um die Hydrokultur weiterzuentwickeln.

"Wir können nicht sagen, dass die Hydrokultur das Problem der Ernährungssicherheit lösen wird. Aber sie kann definitiv besonders in Gebieten mit wenig Ackerland und widrigen Umweltbedingungen helfen", sagt sie.

Bereitgestellt von Linköping University