Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltweit erste feldtaugliche Phänotypisierungsplattform „BreedVision“ erfolgreich getestet

01.09.2015

Fahrbare Plattform sammelt mit moderner Sensorik Pflanzendaten im Feld

Seit 2012 entwickeln mehrere Partner in dem Projekt PredBreed ein auf modernen Sensoren basierendes Verfahren zur schnellen, nicht-invasiven und präzisen Phänotypisierung von Pflanzen im Feld.


Die neue Phänotypisierungsplattform BreedVision im Einsatz

Arno Ruckelshausen / Hochschule Osnabrück


Informationen der Sensoren von einer Feldparzelle mit Triticale: Seitenansicht mit dem Lichtgitter (oben) und Aufsicht mit der Hyperspektralkamera (unten)

Arno Ruckelshausen / Hochschule Osnabrück

Beteiligt sind die Landessaatzuchtanstalt an der Universität Hohenheim, die Hochschule Osnabrück und – koordiniert über die Gemeinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovation e. V. (GFPi) – die Firma Saatzucht Dr. Hege sowie die Unternehmen HYBRO Saatzucht, Nordsaat Saatzucht und W. von Borries-Eckendorf der Saaten Union Gruppe.

Nun ist die selbstfahrende Plattform, ausgestattet mit verschiedenen Sensorsystemen, fertiggestellt und hat erfolgreich erste Fahrten im Feld absolviert. Das Besondere: Die Messergebnisse der unterschiedlichen, aber komplementären Sensortypen werden fusioniert und somit gemeinsam zur Vorhersage von Zielmerkmalen genutzt.

Diese Entwicklung stellt das weltweit erste Fahrzeug dieser Art dar. Es wird erwartet, dass die Phänotypisierung von Pflanzen beschleunigt und deutlich verbessert werden kann, was die wissensbasierte Züchtung vieler Kulturarten erleichtern würde. Im PredBreed-Projekt wollen die Forscher die Plattform konkret zur Züchtung von Bioenergie-Triticale einsetzen, einer Kreuzung aus Weizen als weiblichem und Roggen als männlichem Partner.

Das Forschungsprojekt PredBreed wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. gefördert.

In der modernen Pflanzenzüchtung werden die Informationen aus dem Erbgut der Pflanzen und Beobachtungen aus dem Feld miteinander kombiniert und für züchterische Entscheidungen genutzt. Doch während in den vergangenen Jahren die Kenntnis über Informationen aus dem Erbgut große Fortschritte gemacht hat, blieben Innovationen in der Phänotypisierung im Feld weitgehend aus. Eine Feldbeobachtung ist nach wie vor gleichbedeutend mit arbeits- und zeitintensiver und oftmals nicht ausreichend objektiver Handarbeit.

Zudem erfordern komplexe Zuchtziele heute ein genaues Messen vieler zusätzlicher Parameter, die nicht mit hinreichender Präzision erfasst werden können. Um dynamische Prozesse wie die Entwicklung der Ganzpflanzenbiomasse bei Getreide zu erfassen, müssen mit den bisher verfügbaren Methoden die Pflanzen für jeden gewünschten Messzeitpunkt separat angebaut und geerntet werden. Neue, nicht-invasive, präzise Hochdurchsatzverfahren könnten die Phänotypisierung in der Pflanzenzüchtung somit einfacher, schneller, genauer und damit potenziell auch wirtschaftlicher machen.

In PredBreed haben die Wissenschaftler nun eine Präzisionsphänotypisierungsplattform entwickelt, die den Phänotyp verschiedener Zuchtstämme im Feldversuch zerstörungsfrei erfassen kann. Dazu bestückten sie einen eigens dafür konstruierten Multifunktions-Geräteträger mit zahlreichen Sensoren, die sowohl morphologische als auch Daten zu den Inhaltsstoffen der Pflanzen erheben können. So erstellen Lichtgitter eine Art Schattenbild der Parzellen, aus dem sich indirekt die Pflanzenhöhe und -dichte bestimmen lässt. Mit einer Hyperspektralkamera können die Forscher zudem über den Feuchtegehalt der Pflanzen Rückschlüsse auf deren Trockenmassegehalt ziehen.

Weitere verwendete Sensortypen sind unter anderem Laserdistanzsensoren, Time-of-flight-Kameras und Multireflex-Ultraschallsensoren. Das Innovative an der Plattform ist aber vor allem die Fusionierung dieser Sensordaten: Komplementäre Informationen werden gemeinsam zur Vorhersage von Zielmerkmalen genutzt. Die „BreedVision“-Plattform versieht zu diesem Zweck alle Sensordaten mit einem Zeit- und Positionsstempel und legt sie in einer speziellen Datenbank ab.

Die dadurch mögliche räumliche und zeitliche Zuordnung aller Daten auf einzelne Positionen und damit einzelne Pflanzenorgane im Bestand ist derzeit einzigartig in der Feldphänotypisierung. Um die anfallenden sehr großen Datenmengen richtig interpretieren und beispielsweise auch die Zielumwelt und Jahreseffekte berücksichtigen zu können, werden in einem sog. Kalibrationsexperiment Algorithmen zur Merkmalsvorhersage etabliert. Dies erfolgt nicht nur für die Getreideart Triticale, sondern auch für Weizen und Roggen. So kann die Plattform künftig auch in Zuchtprogrammen dieser Getreidearten eingesetzt werden.

Übergeordnetes Ziel von PredBreed ist es, einen Beitrag zur Entwicklung eines Zuchtprogramms für Triticale als Energiepflanze zu leisten. Dazu wird auch das Potential der genomischen Selektion zur Vorhersage der Biomasse erforscht. Das Prinzip stammt aus der Tierzucht, in der eine Zuchtwertschätzung allein anhand der Nachkommen noch langwieriger als bei Pflanzen ist.

Zu diesem Zweck bauen die Forscher in dem bis 2017 laufenden Vorhaben eine Trainings- und eine Validierungspopulation mit über 1.000 Bioenergie-Triticale-Zuchtstämmen auf und genotypisieren diese hochdicht mit genomweiten molekularen Markern. Kombiniert mit den mittels der Phänotypisierungsplattform erhobenen Daten, können dann biometrische Modelle getestet werden, die es erlauben, den Zuchtwert der Zuchtstämme zu schätzen. So können diese zukünftig rein anhand der genotypischen Daten frühzeitig selektiert werden.

Die in PredBreed etablierten Methoden der Präzisionsphänotypisierung und der genomischen Selektion besitzen großes Potential für die zielgerichtete Verbesserung der Biomasseleistung von Energie-Triticale, aber auch darüber hinaus für den breiten Einsatz in der Pflanzenzüchtung.

Informationen zu den einzelnen Teilvorhaben von PredBreed stehen auf www.fnr.de im Menü „Projekte & Förderung“ unter den Förderkennzeichen 22406112, 22406212, 22406312 und 22406412 zur Verfügung.

(Redaktion: Nicole Paul, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.)

Weitere Informationen:

http://www.fnr.de

Lidia Uffmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Wie der Mix aus Acker, Bäumen und Tieren auf dem Feld den Ertrag von Landwirten steigert
20.03.2019 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg

nachricht Lupine bringt Vielfalt in einseitigen Energiepflanzenanbau
19.03.2019 | Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics