Pflanzenzucht: Mobiler Scanner für den Stresstest

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Mit dem in Aachen entwickelten Blattscanner lassen sich Strukturen präzise erfassen und die Photosyntheserate ermitteln. Quelle: FH Aachen/ Institute für Bioengineering

31.10.2012  - 

Nicht nur uns macht der Klimawandel zu schaffen. Auch Pflanzen müssen sich auf höhere Temperaturen und geringere Wasserzufuhr einstellen. Manche Gewächse geraten dabei schnell an ihre Grenzen und versuchen dann etwa durch Veränderungen im Stoffwechsel und eine Herabsetzung der Photosyntheserate Wasser zu sparen. Pflanzenforscher sprechen in diesem Zusammenhang von Stress. Weltweit arbeiten Saatguthersteller daran, neue Sorten zu züchten, die mit solchen Herausforderungen besser umgehen können. Forscher um Gerhard Artmann vom Institut für Bioengineering (IfB) der Fachhochschule Aachen haben nun einen mobilen Scanner entwickelt, mit dem die Auswahl besonders fitter Pflanzen schneller und treffsicherer als bisher erfolgen soll. 

Schon jetzt ist der Bedarf für widerstandsfähigere Sorten groß – und er wird wegen des Klimwandels weiter wachsen. Stressfaktoren wie Trockenheit, Hitze, Kälte oder salzige Böden sind die Hauptursachen für Ernteverluste bei Nutzpflanzen. Gleichzeitig gibt es Prognosen, dass die klimatischen Veränderungen eines Tages zu Umweltbedingungen führen könnten, die für viele heutige Nutzpflanzen derart massiven Stress bedeuten, dass sie daran zugrunde gingen. Neue Sorten zu züchten und die jeweils besonders stresstoleranten Pflanzen auszuwählen, ist mit konventionellen Methoden sehr aufwendig. Abertausende einzelne Pflanzen müssen genau vermessen und analysiert werden. Ein mühsames Unterfangen, bisher war hier häufig Handarbeit angesagt. Die 92. Folge von biotechnologie.tv unter anderem über eine Sonde, die den Zelldruck in Pflanzenblättern messen kann.Quelle: biotechnologie.tv

Scanner ermittelt Photosyntheserate

Doch wie können Züchter die jeweils stärksten Pflanzen auswählen? In die Beurteilung fließen zahlreiche Parameter wie Flächendichte, Struktur und Verteilung von Leitbündeln und der Chlorophyllgehalt ein. Aus Zeitgründen lassen sich häufig jedoch nicht alle Merkmale erfassen. Zudem müssen die Pflanzen erst ein bestimmtes Wachstumsstadium erreichen, bevor mit den Untersuchungen begonnen werden kann. Hier kann der neue Scanner Abhilfe schaffen, der die für die Photosynthese wichtigen Zellen, sogenannte Bündelscheidenzellen, untersucht und die Photosyntheserate ermittelt. „Unser Pflanzenblattscanner benötigt für die Analyse nicht länger als ein Kopierer. Damit ist er auch in großen Feldversuchen bestens einsetzbar“, ist Arbeitsgruppenleiter Gerhard Artmann vom IfB überzeugt. „Dieser Scanner ermöglicht es, in einem sehr frühen Stadium des Pflanzenwachstums zu beurteilen, ob ein bestimmter Mutant erfolgreich war, der konkreten Stresssituation zu widerstehen“, so Artmann. Das Forschungszentrum Jülich nutzt ein auf dieser Entwicklung basierendes und im IfB gebautes Gerät zu Teststudien bezüglich der realen Biomasse von Pflanzen in einem seiner der Gewächshäuser.

Kleiner und mobiler

In Aachen wird derweil schon an der nächsten Scannergeneration gearbeitet: Kleiner und mobiler sollen die Gerätschaften werden. Der neue Scanner lässt sich direkt mit einem Notebook verbinden und unmittelbar auf dem Feld einsetzen. Zusätzlich zu den Lasertriangulationssensoren, die Form und Größe des Blattes exakt ermitteln, wurde das System um einen Farbscanner erweitert, der die Oberfläche des Blattes im sichtbaren Spektrum aufnimmt. Die speziell entwickelte Software ermöglicht ein direktes Ablesen der wichtigsten Parameter, unter anderem der Dicke des Blattes, der Oberflächenrauhigkeit, der Strukturen, der Abstände, Winkel, Farbanalysen und eine 3D-Modellierung. Weitere Analysemethoden lassen sich künftig leicht in die modular aufgebaute Software integrieren. Die Aachener treffen mit dem Gerät offenbar den Nerv der Züchter in aller Welt: Gerade läuft eine große Testreihe mit Blättern von Dattelpalmen in Saudi-Arabien. 

Pflanzenzucht wird preiswerter

„Mit dem semi-mobilen Pflanzenscanner im Kofferformat ist es möglich, sowohl in Gewächshäusern als auch im Freien vor Ort phänotypische Merkmale der Blattgeometrie aufzunehmen und zu analysieren“, verspricht das Institut.  Was sich umständlich anhört, könnte in der Pflanzenzucht bares Geld sparen. Weil sich Pflanzenmerkmale schon früh erkennen lassen, können die Forscher besonders hochwertige und ertragreiche Sorten schneller auswählen. Weniger geeignete Pflanzen müssen also nicht mehr so lange wie bisher mit durchgefüttert werden. Artmann bringt es auf den Punkt: „Unser Scanner hat das Potenzial, die Pflanzenstressforschung um Millionenbeträge preiswerter und die Auslese treffsicherer zu machen.“

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