Pflanzen sind unsere wichtigsten Nahrungsmittellieferanten. Sie sind, wie alle lebenden Organismen, permanenten Umwelteinflüssen ausgesetzt und leiden beispielsweise unter zu viel oder zu wenig Wasser und Nährstoffen; sie müssen Fressfeinden trotzen und reagieren auf Jahres- und Tageszeiten. Über ihren Zustand können sie sich nur unzureichend mitteilen; wir nehmen Störungen des Pflanzenwachstums erst wahr, wenn sie die Blätter hängen lassen oder deutliche Spuren von Schädlingsbefall zeigen. Um die Ernte vor Frost oder Schädlingen zu schützen und um sie optimal zu wässern, setzen Landwirte und Gärtner daher vor allem auf Erfahrung: Ist der Boden trocken oder hat es längere Zeit nicht geregnet? Vorsorglich wird jeder umsichtige Gärtner gießen, unabhängig vom tatsächlichen Bedarf der Pflanze. Droht beispielsweise Weinreben ein Befall durch Mehltau, kommen Spritzmittel auch prophylaktisch zum Einsatz. Den Zustand und Bedarf von Pflanzen frühzeitig einzuschätzen, könnte also viel Wasser und Pestizide einsparen helfen und damit auch die Nahrungsversorgung verbessern.

Dr. Lars Lehner, promovierter Biologe und Geschäftsführer der Lehner GmbH Sensor-Systeme, nutzt das Unternehmens-Know-how für die Entwicklung und Produktion von Sensorsystemen für die Qualitätssicherung und Anlagensteuerung im industriellen Einsatz, um so genannte Elektrophysiogramme von Pflanzen aufzeichnen und auswerten zu können. So lässt sich feststellen, ob eine Pflanze an Fraßschäden, Wasserstress oder Pilzbefall leidet – und es können rechtzeitig Maßnahmen eingeleitet werden, um Schäden zu vermeiden.

Die Idee beruht auf der wissenschaftlichen Erkenntnis, dass Pflanzen über elektrische Reizleitungen verfügen. Längst ist bewiesen, dass Pflanzen, die man einer Stresssituation aussetzt, beispielsweise einer mechanischen Verletzung, Reaktionen zeigen, die sich als elektrische Potenzialänderungen darstellen lassen. »Das ist vergleichbar mit einem EKG beim Menschen«, erklärt Dr. Lehner. »Auch hier gibt es ein normales Muster. Wenn markante Abweichungen festgestellt werden, muss die entsprechende Therapie eingeleitet werden.«

Sein Messsystem kann jedoch nicht nur den Zustand von Pflanzen überwachen, sondern auch beeinflussen. So konnte durch Elektrostimulation die Blütenbildung gezielt ausgelöst werden. Damit besteht die Möglichkeit die Blüten- und Fruchtbildung in einem Zeitfenster mit optimalen klimatischen Bedingungen zu platzieren. »Ob Wein oder Gemüse, Hopfen oder Balkonblumen – jede Pflanze, die über eine nicht verholzende Sproßachse oder Blätter verfügt, kann mit unserer Methode potenziell überwacht werden.«

Auf Feldern oder in Gewächshäusern werden dazu mehrere kleine Oberflächenelektroden an den Pflanzen angebracht. Aus deren Signalen erstellt der Computer das pflanzliche Elektrophysiogramm. Die Ergebnisse können zukünftig sogar als »App« an ein Smartphone verschickt werden. Die frühzeitige Benachrichtigung kann den Landwirt vor empfindlichen Ernteeinbußen, etwa durch Wasserstress, bewahren. »Wir entwickeln auch ein kleines System für den Privatgebrauch«, sagt Dr. Lehner. »Eine SMS wird dann im Urlaub über den Wassermangel der Balkonpflanzen informieren und man kann den Nachbarn bitten zu gießen.«

Das System für Aufzeichnung, Auswertung und Stimulation der Elektrophysiogramme von Pflanzen wird aktuell in eine Prototypserie überführt und siegte jüngst beim Businessplanwettbewerb CyberOne 2011. Dr. Lehner sucht jetzt nach passenden Partnern für großflächige Anwendungen in der Landwirtschaft und die Serienentwicklung. Als überzeugter Netzwerker hofft er, diese in der BioRegion STERN zu finden, in der branchenübergreifendes Ingenieur-Know-how intensiv gefördert wird.