Hightech-Sensoren für die Pflanzenzüchtung

Um Hochleistungspflanzen zu züchten, kommt heutzutage Hightech zum Einsatz: Sensoren helfen Forschern, die besten Sorten für den jeweiligen Boden zu finden, die auch mit schlechter Witterung, salzigen Böden oder anderen Schwierigkeiten gut klar kommen. 

Um die wachsende Weltbevölkerung auch in den kommenden Jahrzehnten zu ernähren, müssen die Agrarerträge steigen. Soll die Anbaufläche nicht auf Kosten der Umwelt größer werden, geht das nur durch leistungsfähigere Pflanzen, so die Meinung vieler Agrarökonomen.

Prof. Heiner Goldbach vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften in Bonn rechnet damit, dass bis 2050 neun Milliarden Menschen weltweit leben werden. „ Um diese Menschen zu ernähren, müssen wir im Durchschnitt etwa 1,5 Prozent Ertragssteigerung pro Jahr hinbekommen“, erklärt der Agrarwissenschaftler das ehrgeizige Ziel.

Um Hochleistungspflanzen zu züchten kommt heutzutage Hightech zum Einsatz, denn es gilt besonders gesunde oder Stress resistente Pflanzen sicher zu erkennen, um dann mit diesen Pflanzen weiter zu züchten. Agrarbiologe Heiner Goldbach hat dafür ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Informatikern und Agrarwissenschaftlern gebildet. Ziel: Sensoren entwickeln, mit denen die Pflanzenzüchtung effizienter und viel schneller funktioniert.

vlcsnap-error779

„Sensoren helfen bei der Züchtung dadurch, dass sie Merkmale rasch und objektiv erfassen können“, so Heiner Goldbach. „Das kann ein Züchter zwar auch, aber ein Züchter wird nach zwei Stunden müde. Ein Sensor kann stundenlang messen – ohne Fehler. Das hilft  den Züchtungsfortschritt zu beschleunigen.“

Goldbach und sein Team nutzen ganz unterschiedliche  Sensoren, um die besten Sorten zu identifizieren.

Die Hyperspektralkamera

Um Krankheiten auf Blättern möglichst früh zu erkennen, benutzen die Forscher eine Hyperspektralkamera. Die funktioniert ähnlich wie ein Scanner und misst das von der Blattoberfläche reflektierte Licht. „Daten von 210 unterschiedlichen Wellenlängen werden zu einem spektralen Fingerabdruck verarbeitet“, erklärt Dr. Anne-Katrin Mahlein vom Institut für Pflanzenkrankheiten in Bonn. Dargestellt werden die Ergebnisse in Falsch-Farben. Die gelben Bereiche zeigen gesundes Gewebe, die blau-grünen kranke.

Auf diese Weise erkennt die Software unterschiedlichste Blattkrankheiten vollkommen automatisch  – zukünftig auch mobil auf dem Acker. Die Forscher hoffen, den Züchtungsfortschritt auf diese Weise um bis zu zwei Jahre zu beschleunigen. Anstatt 10 Jahre, dauert die Forschung dann nur noch 8 Jahre.

Der Hyperspektralsensor

Biologin Birgit vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften in Bonn schaut mit ihrem Hyperspektralsensor direkt in die Pflanzen hinein und erhält so Informationen über den Stoffwechsel und den Gesundheitszustand von Zuckerrüben.

vlcsnap-error822„Das Prinzip ist ganz einfach“, so Fricke. „Fällt Sonnenlicht auf ein Blatt wird es auch von den Zellen reflektiert. Wenn die Pflanze krank ist, ändert sich der Stoffwechsel der Pflanze und damit auch die Reflexionseigenschaften, was der Sensor erkennt.“ Mit den gesunden Pflanzen wird dann weitergezüchtet, um resistente Sorten zu entwickeln. Auch für Gerste eignet sich die Messtechnik – oder für Reis.

Der terrestrische Laser-Scanner

Wie groß eine Pflanze ist bzw. wie hoch ein ganzer Pflanzenbestand ist, verrät ein terrestrischer Laser-Scanner. Er erstellt ein dreidimensionales Bild des Ackers, dargestellt in einer 3-d-Punktwolke.

vlcsnap-error979Nora Tilly, Geographisches Institut, Uni Köln: „Wir kommen am Anfang der Vegetationsperiode, wenn die Pflanzen gesät sind und scannen den Acker. Dadurch erhalten wir ein digitales, hochauflösendes Geländemodell von der ganzen Fläche. Dann kommen wir im Schnitt alle 2 Wochen wieder, scannen neu und berechnen die Höhe der Pflanzen, indem wir die jetzige Messung mit der ersten Messung vergleichen.“ Das funktioniert auf einen Zentimeter genau!  Die Wissenschaftler brauchen dafür nur vier Messpunkte rund ums Feld, um theoretisch fast jede Pflanze auf dem Acker zu vermessen. Von der Pflanzenhöhe kann später auf die Pflanzen mit dem besten Ertrag geschlossen werden.

Hightech-Sensoren auf dem Acker erleichtern und beschleunigen die Pflanzenzüchtung. Ertragsoptimierte Pflanzen sind ein wichtiger Baustein um weitere Milliarden Menschen zu ernähren.

 

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *