19.02.2018 07:04
Quelle: schweizerbauer.ch - AgE/blu
Forschung
Mehr Ertrag dank Biosensor
Grössere Ernten, eine bessere Qualität, geringere Kosten und mehr Umweltschutz verspricht ein Nitratbiosensor, den Forscher der Ruhr-Universität Bochum entwickelt haben.

Wie die Hochschule am vergangenen Donnerstag mitteilte, hat das Projekt jetzt Fördermittel des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten, mit denen die technische Innovation zur Serienreife gebracht werden soll. Dies soll noch in diesem Jahr vonstatten gehen.

Um zielgerichteter zu düngen, werten manche Landwirte den Grünton der Pflanzenblätter aus. Dafür gibt es Tabellen und Apps, teils von der Düngemittelindustrie. „Aber das Grün einer Pflanze sagt eigentlich nicht viel aus. Ist eine Pflanze zu wenig grün, kann das ein Symptom für alles Mögliche sein, unter anderem für Wassermangel“, erklärt Prof. Dr. Nicolas Plumeré, Leiter der Arbeitsgruppe „Molekulare Nanostrukturen“ der Uni Bochum. Der Landwirt wolle wissen, welche Art von Dünger in welcher Menge er wann auf sein Feld ausbringen muss, um zu einem optimalen Ertrag zu kommen.

Den neuen Sensor können die Landwirte nach Angaben der Bochumer Universität selbst direkt auf dem Feld einsetzen. Das mit aufgedruckten Einweg-Elektroden versehene Gerät sei nur wenig grösser als ein Centstück. Der Nitratgehalt des Bodens werde in kürzester Zeit aus einem Tropfen Pflanzensaft ermittelt und an das Smartphone des Nutzers geschickt, der so vor Ort den Düngerbedarf seiner Pflanzen feststellen könne. 

Die Forscher gehen davon aus, dass sich mit dem Sensor letztlich der Proteingehalt der Pflanzen verbessern lässt und dadurch neben der Erntemenge auch der erzielte Preis. Darüber hinaus sei geplant, mit einer zugehörigen Software aus an verschiedenen Orten ermittelten Werten lokale und regionale Nitratlandkarten zu erzeugen. Durch eine Verknüpfung mit Wetterdaten, Simulationen und Satellitenbildern liessen sich so auch Trends in der Nitratversorgung erkennen und der künftige Düngemittelbedarf abschätzen.

In dem Teststreifen, der kleiner als ein Eurostück ist und auch weniger kosten soll, verbirgt sich ein kleines Labor. Das Messvolumen umfasst wenige Mikroliter Pflanzenflüssigkeit. Herzstück des Streifens ist ein Pflanzenprotein, das Nitrat umwandelt, die sogenannte Nitratreduktase. Sie fügt jedem Nitrat ein Elektron hinzu. Der Test beginnt, sobald der Landwirt den Teststreifen ins Messgerät eingelegt hat und somit Elektronen zur Verfügung stehen. Er ist beendet, wenn das gesamte Nitrat der Probe mit Elektronen versehen ist und keine Elektronen mehr fliessen.

Indem man zählt, wie viele Elektronen geflossen sind, kann man auf die Anzahl der Nitratmoleküle in der Probe zurückschliessen. „Im Normalfall ist das Messergebnis innerhalb von etwa einer Minute da, und der Landwirt erhält seine Empfehlung, ob er Nitrat zufügen sollte oder nicht“, erklärt Dr. Tobias Vöpel aus der Arbeitsgruppe der Ruhr-Universität Bochum.

Künftig wollen die Forscher Messungen verschiedener Nährstoffe in einem Sensor kombinieren. „Denn es kommt beim Düngen vor allem auf die richtige Mischung der Düngemittel an“, erklärt Prof. Dr. Nicolas Plumeré, Leiter der Arbeitsgruppe „Molekulare Nanostrukturen“. Die Landwirte, so hat er bei Feldversuchen erfahren, haben auf eine solche Unterstützung gewartet. „Keiner verlässt sich gerne nur auf sein Gefühl.“ Uni Bochum

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