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Wurzelanalyse mit digitaler Kamera im Hochdurchsatz

Forschungsanlage zur WurzelanalyseDie Vermessung der Wurzel

Wurzeln sind elementare Pflanzenteile. Sie gewährleisten die Standfestigkeit der Pflanze und sind entscheidend für eine effiziente Aufnahme von Nährstoffen und Wasser – Schlüsselthemen für eine nachhaltige Landwirtschaft. Bei der Lösung großer Herausforderungen für die Welternährung, wie Versalzung, Dürre, Stürme oder Erosion spielt die Pflanzenwurzel eine wichtige Rolle und gelangt immer mehr in den Fokus der Pflanzenzüchtung und Forschung. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich untersuchen die Wurzeln, um beispielsweise Funktionen zu verstehen und Züchtungsmerkmale sowie neue Stoffe zu identifizieren. Die dazu entwickelte Technologie wollen sie nun gemeinsam mit der LemnaTec GmbH bis zur Markreife entwickeln.

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Wurzeln wachsen übereinander

Wissenschaftler vom Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-2) setzen zur Erforschung der Wurzeln Rhizotrone – Wurzelvermessungs-Boxen – ein, mit denen sie die Wurzen quantitativ und in großer Anzahl vermessen können (Phänotypisierung der Wurzel). Rhizotrone sind mit verschiedenen Böden beziehungsweise Substraten befüllbare Boxen mit einer durchsichtigen Scheibe auf einer Seite, durch die die Wurzeln, die dort entlangwachsen, beobachtet werden können. Eine große Anzahl dieser Rhizotrone werden in automatisierten Systemen per Roboter zu Messstationen bewegt und dort mit verschiedenen Sensoren vermessen und abgebildet. Der Automatisierungsgrad der Anlage ermöglicht Hochdurchsatzanalysen mit hoher Genauigkeit.

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Wissenschaftler und Ingenieure des IBG-2 haben diese genaue und effiziente Technologie zur Wurzelanalyse nun bis zu dem Reifegrad einer Forschungsanlage entwickelt. Um diese zur Marktreife zu bringen, kooperiert das IBG-2 nun mit der neu aufgestellten LemnaTec GmbH, einem Partner mit Erfahrung in Phänotypisierungstechnologien und deren Märkten und Anwendern.

LemnaTec entwickelt und vertreibt seit 1998 Systeme zur digitalen Quantifizierung phänotypischer Eigenschaften von Organismen, insbesondere von Pflanzen. Hierbei setzt LemnaTec digitale Kameras mit entsprechender Beleuchtung ein und wertet die Aufnahmen mit speziell entwickelter Software aus. Bei der Analyse lag der Fokus bislang auf dem Spross der Pflanzen. Hierzu wurden sowohl Kameras für sichtbares Licht, nicht-sichtbare Wellenlängen und für Fluoreszenzlicht eingesetzt, wie auch hyperspektrale Kameras, die Bilder von sehr vielen, eng beieinanderliegenden Wellenlängen zeilenweise aufzeichnen können. Für die Wurzelanalyse werden nun hochauflösende Kameras für den sichtbaren Wellenlängenbereich verwendet. Sowohl bei den Sprossuntersuchungen als auch bei den Wurzeluntersuchungen werden die aufgenommenen Daten gemeinsam mit Metadaten in Datenbanken gespeichert und zur Analyse bereitgestellt.

LemnaTec und das Forschungszentrum Jülich wollen mit den Rhizotron-Systemen gemeinsam weltweit neuartige Technologien als robuste Systeme zur Verfügung stellen und zukünftig auch mit weiteren Partnern kooperieren.

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