Напечатанные на листьях сенсоры подскажут фермерам, когда пора поливать

Специалисты МТИ напечатали на листьях лилии электронные сенсоры, чтобы определить, как растения реагируют на свет и засуху, и узнали, что о нехватке воды растения сообщают заблаговременно, за два дня.

«Можно закопать датчик в землю или сделать снимки и карты со спутников, но так вы никогда не поймете, каков на самом деле водный потенциал растений», — говорит Майкл Страно, профессор МТИ и старший автор исследования.

Сенсоры, разработанные в МТИ, анализируют устьица растений, небольшие поры на поверхности листа, через которые испаряется влага. В результате испарения водное давление в листе падает, что позволяет втягивать новую порцию жидкости из почвы. Когда растение обращено к солнцу, его устьица раскрыты, а в темноте они закрываются, но динамика этого процесса была до сих пор мало изучена, поскольку не было подходящего способа прямого ее измерения в реальном времени.

«Люди знали, что устьица реагируют на свет, на концентрацию углекислого газа, на засуху, но теперь мы смогли наблюдать за этим процессом непрерывно, — говорит Володимир Коман, ведущий исследователь проекта. — Методы, существовавшие до сих пор, не позволяли получить такую информацию».

Для создания сенсоров ученые использовали чернила из углеродных нанотрубок, растворенные в додецилсульфате натрия, органическом веществе, которое не повреждает устьица. Чтобы нанести чернила на листья, они создали печатную форму с микрожидкостным каналом. Когда форма помещается на листе, чернила, протекающие по каналу, осаждаются на поверхность листа. Чернила наносятся прямо на поры листа (в данном случае подопытным выступала лилия, у которой крупные поры) и создают электронную цепь. Когда пора закрывается, цепь замыкается. Так ученые могут получать точную информацию о том, когда открывается и закрывается каждая отдельная пора.

Измеряя этот показатель в течение нескольких дней, при разных погодных условиях, исследователи обнаружили, что могут за два дня определить наступление нарушение водного режима у растения. Также они узнали, что устьицу нужно около семи минут, чтобы раскрыться под солнечными лучами, и 53 минуты, чтобы закрыться с наступлением темноты, но во время засухи эти показатели меняются — устьица открываются намного дольше, а закрываются быстрее.