27 december 2023

Kornplantor växer i genomsnitt 50 procent mer när rotsystemet kan stimuleras elektriskt genom odlingssubstratet. Det visar forskare vid Linköpings universitet i en studie publicerad i PNAS, där de har utvecklat en elektriskt ledande ”jord” för jordlös odling, så kallat hydroponi.

Två forskare i labbrock med handskar kopplar in sladdar till en bägare med vatten och en växt.
Eleni Stavrinidou, biträdande professor, och Alexandra Sandéhn, doktorand vid Laboratoriet för organisk elektronik, kopplar lågspänning sitt ledande odlingssubstrat. De har visat att det stimulerar tillväxten med 50 procent. Thor Balkhed

– Världens befolkning ökar och dessutom har vi klimatförändring. Så det är uppenbart att vi inte kommer kunna täcka matbehovet med nuvarande jordbruksmetoder enbart. Men med hydroponi kan vi odla mat även i stadsmiljö under väldigt kontrollerade former, säger Eleni Stavrinidou, universitetslektor vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Hennes forskargrupp har nu utvecklat ett elektriskt ledande odlingssubstrat för just hydroponisk odling som de kallar för eSoil. Linköpingsforskarna har visat att kornplantor som odlas i den ledande ”jorden” växte upp till 50 procent mer på 15 dagar när rötterna fick elektrisk stimulans.

Odlas utan jord

Hydroponisk odling innebär att plantorna växer utan jord, det enda som behövs är vatten och näringsämnen och någonting för rötterna att fästa i – ett substrat. Det är ett slutet system som möjliggör en återcirkulation av vatten så att varje planta får exakt de näringsämnen de behöver. Tack vare det krävs också väldigt lite vatten och alla näringsämnen stannar kvar i systemet, något som inte är möjligt med traditionell odling.Bägare med vatten och en växt i.Hydroponisk odling innebär att plantorna växer utan jord, det enda som behövs är vatten och näringsämnen och någonting för rötterna att fästa i. Foto Thor Balkhed

Dessutom möjliggör hydroponi odling av grödor på höjden i stora torn för att effektivisera ytan som används. Redan idag odlas bland annat sallad, örter och några grönsaker på detta sätt. Spannmål odlas vanligtvis inte med hydropni förutom som djurfoder. I studien visar forskarna att kornplantor kan odlas med hydroponi och att de har en bättre tillväxttakt tack vare den elektriska stimulansen.

– På det sättet kan vi få plantor att växa snabbare med mindre resurser. Vi vet ännu inte hur det faktiskt fungerar, vilka biologiska mekanismer som är inblandade. Det vi har upptäckt är att plantorna behandlar kväve mer effektivt, men det är ännu inte tydligt för oss hur den elektriska stimulansen påverkar den processen, säger Eleni Stavrinidou.

Låg spänning

Ofta används mineralull som odlingssubstrat i hydoponi. Men det är inte biologiskt nedbrytbart och framställs dessutom genom en väldigt energiintensiv process. Det elektroniska odlingssubstratet eSoil, är tillverkat av cellulosa blandat med en ledande organisk polymer som kallas PEDOT. Kombinationen i sig är inte ny, men det är första gången det används för att odla i och skapa en koppling till växter.Eleni Stavrinidou.Eleni Stavrinidou, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik. Foto Thor Balkhed

I tidigare forskning har elektricitet med hög spänning använts för att stimulera rötterna. Fördelen med Linköpingsforskarnas ”jord” är att energiåtgången blir väldigt låg. Dessutom undviks farlig högspänning. Eleni Stavrinidou tror att den nya studien kommer öppna för nya forskningsområden som kan utveckla hydroponisk odling ytterligare.

– Vi kan inte säga att hydroponi kommer att lösa en tryggad livsmedelsförsörjning för alla. Men det kan definitivt bidra, speciellt i områden med lite odlingsbar mark och med tuffa förhållanden för odling.

Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse genom Wallenberg Wood Science Centre, Vetenskapsrådet, EU:s ramprogram för forskning Horizon 2020, Stiftelsen för Strategisk Forskning samt det strategiska forskningsområdet för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

Artikeln: eSoil: Low power bioelectronic growth scaffold enhances crop seedlings growth; Vasileios K. Oikonomou, Miriam Huerta, Alexandra Sandéhn, Till Dreier, Yohann Daguerre, Hyungwoo Lim, Magnus Berggren, Eleni Pavlopoulou, Torgny Näsholm, Martin Bech, Eleni Stavrinidou; Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS); publicerad online 26 december 2023. DOI: 10.1073/pnas.2304135120

Rotsystem hos kornplanta i svart odlingssubstrat.Linköpingsforskarnas elektroniska jord som de kallar för eSoil. Foto Thor Balkhed

Kontakt

Forskningsmiljö

Senaste nytt från LiU

Jontronisk pump i tunna blodkärl.

Effektivare cancerbehandling med jontronisk pump

När låga doser av cancerläkemedel tillförs kontinuerligt nära elakartade hjärntumörer med så kallad jontronik minskar cancercelltillväxten drastiskt. Det har forskare vid LiU och det Medicinska universitetet i Graz visat.

Elektroniska mediciner - i skärningspunkten mellan teknik och medicin

Svenska forskare har utvecklat en gel som kan bilda en mjuk elektrod som leder ström. På sikt vill de kunna koppla elektronik till biologisk vävnad - till exempel hjärnan.

Gröna lampor på baksidan av en superdator.

Avtal signerat – superdatorn Arrhenius till Linköping

Värdavtalet mellan NAISS, vid Linköpings universitet, och EuroHPC är signerat. Det innebär att LiU nu officiellt är värd för den europeiska superdatorn Arrhenius som blir en av världens snabbaste datorer.