Forscher entwickeln „elektronischen Boden“, der das Pflanzenwachstum fördert

Gerstenkeimlinge wachsen im Durchschnitt um 50 % mehr, wenn ihr Wurzelsystem durch ein neues Kultursubstrat elektrisch stimuliert wird. In eine Studie in der Zeitschrift veröffentlicht PNASForscher der Universität Linköping haben einen elektrisch leitfähigen „Boden“ für den erdlosen Anbau entwickelt, die sogenannte Hydrokultur.

„Die Weltbevölkerung wächst, und wir haben auch den Klimawandel. Es ist also klar, dass wir den Nahrungsmittelbedarf des Planeten nur mit den bereits bestehenden landwirtschaftlichen Methoden nicht decken können. Aber mit Hydrokultur können wir Nahrungsmittel auch in Städten anbauen.“ Umgebungen in sehr kontrollierten Umgebungen“, sagt Eleni Stavrinidou, außerordentliche Professorin am Labor für organische Elektronik der Universität Linköping und Leiterin der Gruppe „Elektronische Pflanzen“.

Ihre Forschungsgruppe hat nun ein elektrisch leitfähiges, auf den hydroponischen Anbau zugeschnittenes Kultursubstrat entwickelt, das sie eSoil nennt. Die Forscher der Universität Linköping haben gezeigt, dass in der leitfähigen „Erde“ gewachsene Gerstensämlinge innerhalb von 15 Tagen um bis zu 50 % mehr wuchsen, wenn ihre Wurzeln elektrisch stimuliert wurden.

Hydroponischer Anbau bedeutet, dass Pflanzen ohne Erde wachsen und nur Wasser, Nährstoffe und etwas benötigen, an dem sich ihre Wurzeln festsetzen können – ein Substrat. Es handelt sich um ein geschlossenes System, das eine Wasserzirkulation ermöglicht, sodass jeder Sämling genau die Nährstoffe erhält, die er benötigt. Daher wird nur sehr wenig Wasser benötigt und alle Nährstoffe bleiben im System, was im herkömmlichen Anbau nicht möglich ist.

Hydroponik ermöglicht auch den vertikalen Anbau in großen Türmen, um die Raumeffizienz zu maximieren. Zu den Nutzpflanzen, die bereits auf diese Weise angebaut werden, gehören Salat, Kräuter und einige Gemüsesorten. Getreide wird normalerweise nicht in Hydrokulturen angebaut, abgesehen von der Verwendung als Futtermittel. In dieser Studie zeigen die Forscher, dass Gerstensämlinge hydroponisch kultiviert werden können und dass sie dank elektrischer Stimulation eine bessere Wachstumsrate aufweisen.

„Auf diese Weise können wir Sämlinge mit weniger Ressourcen schneller wachsen lassen. Wir wissen noch nicht, wie es tatsächlich funktioniert und welche biologischen Mechanismen daran beteiligt sind. Wir haben herausgefunden, dass Sämlinge Stickstoff effektiver verarbeiten, aber das ist nicht klar.“ Doch wie sich die elektrische Stimulation auf diesen Prozess auswirkt“, sagt Starvrinidou.

Mineralwolle wird häufig als Kultursubstrat in der Hydrokultur verwendet. Dieses ist nicht nur nicht biologisch abbaubar, sondern wird auch in einem sehr energieintensiven Verfahren hergestellt. Das elektronische Kultivierungssubstrat eSoil besteht aus Zellulose, dem am häufigsten vorkommenden Biopolymer, gemischt mit einem leitfähigen Polymer namens PEDOT. Diese Kombination an sich ist nicht neu, aber es ist das erste Mal, dass sie für den Pflanzenanbau und die Schaffung einer Schnittstelle für Pflanzen auf diese Weise eingesetzt wird.

Frühere Forschungen nutzten Hochspannung, um die Wurzeln zu stimulieren. Der Vorteil des „Bodens“ der Linköping-Forscher besteht darin, dass er einen sehr geringen Energieverbrauch hat und keine Hochspannungsgefahr besteht. Stavrinidou glaubt, dass die neue Studie den Weg für neue Forschungsbereiche zur Weiterentwicklung des Hydrokulturanbaus ebnen wird.

„Wir können nicht sagen, dass Hydrokultur das Problem der Ernährungssicherheit lösen wird. Aber sie kann auf jeden Fall helfen, insbesondere in Gebieten mit wenig Ackerland und rauen Umweltbedingungen“, sagt sie.