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Mai più stress idrici con i chip stampati sulle foglie

Un team di ricercatori del Massachusetts institute of technology ha messo a punto un micro-sensore stampabile sulle foglie che avverte l'agricoltore se la pianta ha bisogno di acqua

Tommaso Cinquemani di Tommaso Cinquemani

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Il sensore viene stampato direttamente sulla foglia con un inchiostro contenente nanotubi di carbonio
Fonte foto: Mit

La disponibilità di acqua è uno dei fattori cruciali in molte colture. Basti pensare al mais, che durante la scorsa estate ha sofferto in tutto il Nord Italia l'assenza di precipitazioni. La scarsità di acqua si traduce in minori produzioni, ma anche in una qualità più bassa dei prodotti. Ecco perché individuare in maniera precoce lo stress idrico di una coltura significa poter intervenire e salvare le produzioni.

Nel passato ci si basava sull'esperienza dell'agricoltore che in campo osservava le piante e determinava la necessità o meno di irrigare. Da alcuni anni si sono aggiunti nuovi strumenti tecnologici. Satelliti e droni sorvolano i campi intercettando la luce riflessa dalle piante e da questo dato, elaborato opportunamente nel famoso indice Ndvi, si risale allo stato di salute della coltura.

Queste analisi tuttavia sono in grado di mettere in allarme l'agricoltore quando il danno è già fatto. Individuano infatti le piante che sono già in uno stato di stress idrico, ma questa è una condizione che bisognerebbe cercare di evitare, piuttosto che intervenire successivamente per ripristinare una corretta idratazione.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit) di Boston hanno messo a punto uno strumento innovativo che potrebbe permettere alle piante di inviare un messaggio di allarme non appena la percentuale di acqua contenuta nei tessuti non è soddisfacente.

Tutto si basa sugli stomi, piccoli pori presenti sulla pagina inferiore delle foglie, che fungono da sistema di respirazione della pianta. Durante il giorno gli stomi si aprono e permettono il passaggio verso l'esterno di vapore acqueo e ossigeno, e verso l'interno di anidride carbonica. Il vapore acqueo è essenziale alla pianta per mantenere una temperatura ottimale soprattutto durante i mesi estivi, quando l'irraggiamento solare è forte e i vegetali devono disperdere energia attraverso l'evotraspirazione.

I ricercatori del Mit hanno utilizzato un inchiostro fatto di nanotubi di carbonio, in grado di condurre elettricità. Questo inchiostro è stato 'stampato' a cavallo di uno stoma. Quando le due membrane sono serrate il circuito è chiuso e l'elettricità passa liberamente. Quando invece lo stoma si apre per la respirazione il circuito si interrompe, l'elettricità non passa e dunque i ricercatori sanno che la pianta sta 'respirando'.

Grazie al circuito stampato sulle foglie i ricercatori sono in grado
di sapere quando gli stomi sono aperti
(Fonte foto: Mit)

Studiando i periodi di apertura e chiusura degli stomi per i ricercatori è stato possibile analizzare il comportamento delle piante in situazioni di normalità e di stress. La rivoluzione è la capacità di indagare lo stato di salute minuto per minuto a livello della singola foglia. Monitoraggio reso possibile dalla capacità di creare questi microcircuiti in grado di seguire puntualmente il comportamento degli stomi, che possono variare in densità da cento a mille per millimetro quadrato.

Studiando una pianta ornamentale, lo Spatafillo, i ricercatori del Mit hanno scoperto che gli stomi di questo particolare vegetale impiegano sette minuti ad aprirsi se esposti alla luce solare e invece impiegano 53 minuti a chiudersi una volta sopraggiunto il buio. Ma questa condizione cambia se la pianta non ha accesso ad abbondante risorsa idrica. In queste condizioni gli stomi impiegano 25 minuti ad aprirsi e 45 minuti per chiudersi.

I ricercatori hanno usato uno stampo per applicare
l'inchiostro sugli stomi
(Fonte foto: Mit)

Certo, non tutte le piante sono uguali, ma studiando il comportamento delle diverse colture e delle specifiche cultivar, è possibile individuare dei range all'interno dei quali il metabolismo della pianta può essere considerato normale e altri in cui invece la pianta si avvicina a condizioni di stress.

"Questo è il più precoce indicatore di disidratazione che esiste fino ad oggi in agricoltura", ha dichiarato Michael Strano, ricercatore del Mit e tra gli autori dello studio pubblicato sulla rivista scientifica Lab on a Chip. "E' difficile ottenere le stesse informazioni in altri modi. Puoi mettere dei sensori nel terreno o puoi fotografare i campi con droni e satelliti. Ma non saprai mai davvero qual è il reale stato di idratazione di una pianta".

Certo, applicare questi microcircuiti su tutte le foglie di un campo è impossibile, ma basta individuare delle piante campione che fungano da sentinella e inviino un allarme quando in fase di stress. In questo modo l'agricoltore può prontamente intervenire per irrigare la coltura senza aspettare che le piante entrino in uno stato di sofferenza.

© AgroNotizie - riproduzione riservata

Fonte: Agronotizie

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Tag: innovazione ricerca mais acqua

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