Präzisionsphänotypisierungssystem für Trockenstress

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461868281

Die beantragte Infrastruktur ist die technische Erweiterung einer vorhandenen Trockenstressphänotypisierungsanlage durch ein vollautomatisiertes System zur täglichen Aufnahme von dreidimensionalen, multispektralen Bildern von Kulturpflanzen in großen Containern. Hiermit soll die mit Trockenstressreaktionen zusammenhängende Pflanzenarchitektur in einem feldähnlichen Pflanzenbestand in bisher unerreichter Detail erfasst werden. Seit rund zehn Jahren werden an der Landwirtschaftlichen Forschungseinrichtung (LFE) der Justus-Liebig-Universität Giessen am Standort Rauischholzhausen Versuche in großen Pflanzencontainern durchgeführt, um leistungsrelevante Daten zu bedeutenden Kulturpflanzen unter “semi-kontrollierten, feldnahen Bedingungen" im Rahmen der Erforschung der Trockenstresstoleranz zu generieren. Auf Basis erfolgreicher Vorversuche errichteten wir 2018 mit eigenen Mitteln i.H.v. ca. 550 t EUR eine selbst konzipierte, weltweit einzigartige Phänotypisierungsanlage. Diese besteht aus 240 großen Pflanzencontainern (90 l Volumen, 90 cm Tiefe, gefüllt mit ca. 160 kg Feldboden), die jeweils permanent auf eigenen Präzisionswiegezellen stehen und dadurch über die gesamte Vegetationsperiode eine exakte gravimetrische Erfassung des Wasseraufnahmeverhaltens ermöglichen. Die Wasserzufuhr zu jedem Container wird gleichzeitig individuell durch eine exakte, computergesteuerte Bewässerung kontrolliert, so dass unterschiedliche Trockenstressszenarien unter ceteris paribus Bedingungen simuliert werden können. Im Gegensatz zu kleineren Anlagen dieser Art werden die Pflanzen in feldähnlicher Aussaatdichte statt einzeln angezogen, um das Wassernutzungs- und Trockenstress-verhalten in einem realistischen Pflanzenbestand mit höchster Präzision zu erfassen.Im Erweiterungskonzept für diese Anlage ist nun ein autonomes Sensor-to-Plant System zur vollautomatischen Vermessung der Pflanzenarchitektur geplant. Ein Scanwagen mit einem um 180 Grad drehbaren Mast fährt dabei täglich auf montierten L-Schienen zwischen den in Reihen angeordneten Wiegezellen und erstellt digitale Aufnahmen von den Versuchspflanzen. Mit einem 3D-Dualscanner werden vierdimensionale Aufnahmen (3D-Punktewolke plus Farbcode für jeden Pixel) zusammengesetzt. Die Kombination aus gravimetrischer Erfassung der Wasseraufnahme, Kultivierung der Pflanzen in großen Containern und tägliche, nicht-invasive, höchstgenaue Vermessung des Pflanzenbestandes ist in Deutschland einmalig und an einem Standort des ICRISAT in Indien nur mit wesentlich kleineren Einzelpflanzengefäßen installiert. Sonstige kleinere Anlagen ohne komplementäre 3D-Phänotypisierung befinden sich z.B. in Israel. Anders als bekannte Anlagen mit einem Plant-to-Sensor Ansatz ermöglicht das hier vorgesehene System, die einzelnen Container permanent auf den Wiegezellen stehen zu lassen und so eine ununterbrochene Messung der Wasseraufnahme über die gesamte Vegetationsperiode zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Präzisionsphänotypisierungssystem für Trockenstress (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 5450 Photographische Spezialkameras (Luftbild-, Registrier-, Stereo-, außer
• Antragstellende Institution: Justus-Liebig-Universität Gießen
• Leiter: Professor Dr. Rod Snowdon