¿Alguna vez has deseado saber si las plantas de tu jardín están realmente prosperando? Un grupo de investigadores de la Universidad Northeastern desarrolló recientemente sensores que cambian de color para indicar el estado de salud de las plantas.
por Erin Kayata, Universidad del Noreste
Esto puede usarse no solo para tu planta de interior, sino también para ayudar a las pequeñas explotaciones a monitorear sus cultivos ante factores ambientales estresantes como el cambio climático, la contaminación y las enfermedades.
«Está llenando un vacío», dijo Josie Cicero, estudiante de maestría en biología marina en Northeastern y una de las coautoras de la investigación.
Los métodos actuales para comprobar la salud de las plantas son muy caros, dijo Cicero.
«Toman mucho tiempo para procesarse y no son accesibles para mucha gente», dijo Cicero, «mientras que este dispositivo permite evaluar el nivel de estrés de las plantas en un par de minutos en el campo, en lugar de tener que recolectar muestras, enviarlas y gastar cientos o miles de dólares para obtener los resultados una semana después».
La idea de este sensor surgió, acertadamente, del nesocodon, una flor que se encuentra en la isla Mauricio y que se cree es polinizada por gecos. El néctar del nesocodon cambia en respuesta a la concentración de una pequeña molécula llamada prolina, un biomarcador universal de la salud vegetal, explicó Dan Wilson, investigador principal del Instituto de Investigación Kostas de Northeastern y coautor de la investigación.
«Aprovechamos esa reacción y el esquema de color para crear sensores que experimentan el mismo cambio de color «, explicó Wilson, profesor afiliado al Departamento de Ingeniería Química de Northeastern. «Pero los sensores lo hacen de forma dosis-dependiente, de modo que, según la intensidad del cambio de color observado, podemos inferir información sobre el estado de salud de la planta y si se encuentra o no en estado de estrés».
La investigación, coautorada por Cassandra Martin, Lillian Springer, Dorthea Geroulakos, Audrey Moos, Cicero y Wilson, se publicó recientemente en ACS Agricultural Science & Technology . Muchos de los coautores se unieron a la investigación mientras trabajaban como cooperantes o becarios en el laboratorio.
Lo que descubrieron los investigadores fue que, en respuesta al estrés (como la falta de agua, los metales pesados del suelo, demasiada luz solar y demasiado calor), las plantas producen niveles elevados de prolina.
El néctar del nesocodon, que cambia de color, se produce al mezclar la prolina con la pequeña molécula sinapaldehído, que, según Wilson, también se produce en la planta. Esta mezcla produce un pigmento rojo natural llamado nesocodina, que es el responsable de la transición del amarillo al rojo brillante del néctar del nesocodon.
Basándose en investigaciones previas de otras instituciones, investigadores de Northeastern lograron replicar esta reacción con sensores de papel con sinapaldehído incorporado. Si una planta presenta altos niveles de prolina, el sensor produce nescodina, lo que provoca que se torne de color rojo brillante. En plantas sanas, el sensor permanece de color amarillo pálido.
«Si hay mucho estrés y la prolina está presente en alta concentración, se ve de color rojo brillante», dijo Cicero. «Es una respuesta cualitativa. Se puede observar y ver que es amarilla, es naranja… También podemos escanearla y obtener un número cuantitativo asociado».
Para ello, Wilson explicó que los investigadores cortan un pequeño trozo de la hoja de la planta que quieren analizar. Luego, la trituran en trozos más pequeños, añaden etanol para extraer la prolina y sumergen los sensores en ese líquido. Esto se puede hacer en 15 minutos. Los sensores son de plástico, pero los investigadores están explorando la posibilidad de fabricar algunos biodegradables para que se puedan desechar fácilmente después de su uso.
El equipo realizó pruebas en varios tipos diferentes de cultivos, incluidos repollo, col rizada, coles de Bruselas y brócoli, y espera probarlo también en diferentes tipos de plantas.
La mayoría de los mecanismos existentes para evaluar la sanidad vegetal están diseñados para operaciones a gran escala con cientos de plantas, afirmó Wilson. Las granjas con miles de hectáreas utilizan drones con cámaras especializadas, por ejemplo, para revisar sus plantas. No existen evaluaciones como esta para operaciones agrícolas a pequeña escala.
«Nos embarcamos en esto sabiendo que no sería una solución escalable», dijo. «Pero podría ser útil para agricultores familiares y pequeñas explotaciones agrícolas en países en desarrollo que quizá no tengan los recursos para acceder a drones o a algunos de los equipos especializados más costosos. Podrían usarlo para verificar el estado de sus plantas de interior o para cultivos y productos agrícolas».
Wilson dijo que los agricultores podrían usar esto para verificar cómo están las plantas y corregir el rumbo si hay problemas, lo que permitiría el crecimiento de más cultivos.
Martin, ahora científica del KRI que obtuvo su doctorado en química y biología química en Northeastern, dijo que en el futuro el equipo espera encontrar formas para que el sensor proporcione más información a los usuarios.
«Nos centramos en que toda la tecnología sea lo más simple, autónoma y compacta posible para que sea más económica y fácil de distribuir», añadió Wilson. «Intentamos incorporar principios de diseño que faciliten enormemente el uso del producto final, de modo que, idealmente, no sea necesario ser científico para saber cómo funciona».
Más información: Cassandra L. Martin et al., Sensores de prolina bioinspirados para el diagnóstico y la vigilancia del estrés en sistemas vivos, ACS Agricultural Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acsagscitech.5c00207
