Search
زراعة أجهزة استشعار فى أوراق النباتات للتحذير من نقص المياه
هل نسيت رى النبات على مكتبك ؟ قد يمكنها فى القريب إرسال استغاثة ضد الجفاف.
إبتكر مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أجهزة استشعار يمكن طباعتها على أوراق النباتات وتشعر عندما تعاني النباتات من نقص في المياه. يقول مايكل سترانو أستاذ الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسى للدراسة "هذا النوع من التكنولوجيا لا يمكن أن ينقذ فقط النباتات المنزلية المهملة، ولكن الأهم من ذلك، إعطاء المزارعين إنذارا مبكرا عندما تعانى محاصيلهم من خطر".
يبدو أن هذا هو أحدث مؤشر للجفاف فى التطبيقات الزراعية، فمن الصعب الحصول على هذه المعلومات بأي طريقة أخرى. يمكن وضع أجهزة استشعار في التربة، أو التصوير بالأقمار الصناعية ورسم الخرائط، ولكن لا يمكن التعرف أبداً من خلالها على النبات الذى يعانى من نقص المياه. وقد بدأ سترانو بالفعل العمل مع منتج زراعي كبير لتطوير هذه المجسات لاستخدامها في المحاصيل، ويعتقد أن التكنولوجيا يمكن أن تكون مفيدة أيضا للبستانيين والمزارعين في المناطق الحضرية. وقد يساعد أيضا الباحثين على تطوير طرق جديدة لهندسة النباتات المقاومة للجفاف.
عندما تجف التربة، يبطئ نموالنباتات ويقل النشاط الضوئي وتحدث أضرار فى أنسجتها. تبدأ بعض النباتات في الذبول ولكن البعض الآخر لا يظهر عليه علامات واضحة من المشاكل الفسيولوجية حتى تظهر بالفعل ضرراً كبيراً. جهاز استشعار معهد ماساتشوستس الجديد يستفيد من الثغور التنفسية stomata فى النباتات وهى مسام صغيرة في سطح ورقة تسمح للمياه بالتبخر. وعندما يتبخر الماء من الورقة، يقل ضغط المياه في النبات فيسمح بصعود المياه من التربة لداخل جذور النبات من خلال عملية تسمى النتح transpiration.
علماء الأحياء النباتية يعرفون أن الثغور تفتح عندما تتعرض للضوء وتغلق في الظلام، ولكن ديناميات هذه العملية درست قليلاً لأنه لم يكن هناك وسيلة جيدة لقياسها مباشرة في الوقت الحقيقي. يقول كومان: "كان الناس يعرفون بالفعل أن تلك الثغور تستجيب للضوء وتركيز ثاني أكسيد الكربون والجفاف، وكانت الأساليب السابقة غير قادرة على الحصول على هذا النوع من المعلومات ولكن الآن تمكنا من مراقبتها بشكل مستمر".
لإنشاء أجهزة الاستشعار الخاصة بهم، استخدم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حبر مصنوع من ألياف الكربون النانوية (لها خاصية التوصيل الكهربائى) الذائبة في مركب عضوي يسمى كبريتات دوديسيل الصوديوم sodium dodecyl sulfate ، والتي لا تضر الثغور. يمكن طباعة هذا الحبر عبر الثغر النباتى لإنشاء دائرة إلكترونية. عندما يتم إغلاق هذا الثغر، يمر التيار عبر الدائرة ويمكن قياسه عن طريق جهاز يسمى multimeter. عندما يفتح الثغر، يتم فصل الدائرة الكهربائية وتوقف التيار المتدفق، مما يسمح بالقياس على وجه الدقة، عندما يكون الثغر مفتوحاً أو مغلقاً.
من خلال قياس فتح الثغور وغلقها على مدى عدة أيام في ظل الظروف العادية والجافة، وجد الباحثون أنه في غضون يومين، يمكن اكتشاف متى يعاني النبات من الإجهاد المائي. ووجدوا أن الثغور تستغرق حوالي سبع دقائق لكى تفتح بعد التعرض للضوء و 53 دقيقة للغلق عندما يحل الظلام، ولكن هذه الاستجابات تتغير خلال ظروف الجفاف. عندما تحرم النباتات من الماء، وجد الباحثون أن الثغور تستغرق ما متوسطه 25 دقيقة لكى تفتح، في حين أن مقدار الوقت اللازم لغلق الثغور يقل إلى 45 دقيقة.
