Forschende der Nationalen Universität Singapur (NUS) haben erfolgreich ein lösliches Mikronadelpflaster entwickelt, das nützliche Mikroorganismen direkt in Pflanzengewebe einbringt. Gewächshausversuche zeigten, dass diese Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Bodenimpfungsmethoden das oberirdische Wachstum von Chinakohl und Grünkohl mit weniger Bio-Dünger deutlich förderte.
Die Forschung, geleitet von Assistenzprofessor Andy Tay vom Institut für Biomedizintechnik der NUS, wurde kürzlich in der Fachzeitschrift *Advanced Functional Materials* veröffentlicht. Andy Tay erklärte: „Inspiriert von der Migration von Mikroorganismen im menschlichen Körper, stellten wir die Hypothese auf, dass nützliche Mikroorganismen, wenn sie direkt in Pflanzengewebe (wie Blätter oder Stängel) eingebracht werden, die Wurzeln erreichen und dort effizienter und weniger von den Bodenbedingungen beeinflusst wirken können.“ Herkömmliche Bio-Dünger benötigen bei der Anwendung im Boden nützliche Bakterien, die mit den lokalen Mikroorganismen konkurrieren. Faktoren wie der Säuregehalt des Bodens hemmen ihre Wirkung, wodurch sie die Wurzeln nur schwer effizient erreichen können. Die Mikronadelpflaster-Technologie umgeht diese Hindernisse. Das Pflaster besteht aus biologisch abbaubarem Polyvinylalkohol und ist mit mikrometergroßen, nadelartigen Strukturen versehen, die pflanzenfördernde Rhizosphärenbakterien oder -pilze tragen. Durch einfaches Drücken dringen die Mikronadeln in die Pflanzenepidermis ein und lösen sich schnell auf, wodurch die Mikroorganismen präzise in das Pflanzengewebe freigesetzt werden.
Labor- und Gewächshausversuche zeigen, dass diese Technologie das Pflanzengewebe nahezu nicht schädigt und eine präzise und kontrollierte Ausbringung ermöglicht. In Vergleichsversuchen mit Chinakohl und Grünkohl wiesen mit Mikronadelpflastern behandelte Pflanzen im Vergleich zur mit Boden behandelten Kontrollgruppe eine höhere Biomasse, größere Blattfläche und höhere Pflanzenhöhe auf, während der Bio-Düngerverbrauch um mehr als 15 % reduziert wurde. Die Studie bestätigte zudem, dass die Mikroorganismen von der Injektionsstelle in die Blätter zu den Wurzeln wandern können. Dadurch wird das Gleichgewicht der Rhizosphären-Mikrobiota verbessert und die Nährstoffverwertung sowie die Stressresistenz der Pflanzen erhöht.
Andy Tay fasste zusammen: „Unser Mikronadelsystem bringt Bio-Dünger erfolgreich auf die Pflanzen und fördert so deren Wachstum effektiver bei gleichzeitiger Reduzierung des Verbrauchs um mehr als 15 % im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.“ Das Forschungsteam ist überzeugt, dass diese Technologie zunächst in urbanen und vertikalen Farmen sowie im Anbau hochwertiger Nutzpflanzen eingesetzt werden kann, wo eine präzise Düngung erforderlich ist. Zukünftig plant das Team, die Mikronadel-Technologie mit Agrarrobotern und Automatisierungssystemen zu kombinieren, um ihr Anwendungspotenzial in großflächigen Betrieben und für weitere Pflanzenarten auszuweiten.
Weitere Informationen: Autoren: Zhicheng Le et al., Titel: „Mikronadelbasierte Bio-Düngung verbessert das Pflanzenwachstum durch Mikrobiom-Engineering“, veröffentlicht in: Advanced Functional Materials (2025). Zeitschrifteninformationen: Advanced Functional Materials
