Gewächshausanlagen

Für die Phänotypisierung von Pflanzen stehen drei Hochdurchsatzanlagen der Firma Lemnatec zur Verfügung, welche verschiedene Kapazitäten und Größendimensionen haben. Sie ermöglichen die Untersuchung von kleinen Pflanzenarten wie z.B. Arabidopsis, als auch von mittelgroßen Spezies wie Getreidearten bis hin zu großen Kulturpflanzenarten wie beispielsweise Mais. Die kleine Anlage befindet sich in einer Klimakammer, wo die Bedingungen sehr gut kontrolliert werden können, die beiden größeren sind in klimatisierten Gewächshäusern untergebracht.

Drei aufeinanderfolgende Bildaufnahmekammern nehmen die Pflanzen im sichtbaren Bereich (390-750 nm) und im Nahinfrarot-Bereich (1450-1550 nm) auf bzw. detektieren die Gesamtfluoreszenz der Pflanzen (Anregung: 400-500 nm, Emission: 520-750 nm). In allen drei Anlagen gibt es zudem ein LED-Kamera-Panel für die automatisierte Erfassung von Photosynthese-Parametern nach dem Puls-Amplituden-modulierten Messprinzip. Hub-Dreh-Einheiten in den Aufnahmekammern ermöglichen Seitenbildaufnahmen aus verschiedenen Winkeln. Die Pflanzen werden dabei vollautomatisch zu den Bildaufnahmekammern transportiert und dort von oben und von der Seite aufgenommen sowie im Anschluss kontrolliert bewässert, je nach Versuch mit Wasser oder einer spezifischen Nährlösung.

Die Anlage für kleine Pflanzen hat eine Kapazität von 384 Transportwagen für die Untersuchung von maximal 384 (eine Pflanze pro Wagen im Einzeltopf), 2304 (sechs Pflanzen pro Wagen in Trays) oder 4608 (zwölf Pflanzen pro Wagen in Trays) Pflanzen in einem Experiment. Die Anlage für mittelgroße Pflanzen ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung von 520 Pflanzen (eine Pflanze pro Wagen). Die Anlage für große Pflanzen bietet Platz für 396 (eine Pflanze pro Wagen) bzw. maximal 1584 Pflanzen (vier Töpfe pro Wagen). In der kleinen und großen Anlage ist zudem die nicht-invasive Erfassung von Wurzelarchitektureigenschaften möglich. Hierzu gibt es speziell entwickelte, angeschrägte Töpfe, die an der Schräge eine Scheibe besitzen, die undurchlässig für sichtbares Licht ist, wo die entlangwachsenden Wurzeln aber von einer Nahinfrarotkamera aufgenommen werden können. So ist simultan das Wachstum von Wurzel und Spross erfassbar.

Alle aufgenommenen Bilder werden mittels einer automatisierten Bildanalyse in phänotypische Merkmale „umgewandelt“. So ergeben sich aus ihnen Informationen zur Architektur des Sprosses (Pflanzenhöhe und-breite, projizierte Blattfläche aus Aufsicht und Seitenansicht), die geschätzte (oberirdische) Pflanzenbiomasse, Farbwerte, Pixelverteilung in verschiedenen Farbklassen, Farbintensität, -sättigung, Parameter mit Bezug zum Feuchtigkeitsgehalt der Pflanze sowie physiologische Merkmale wie die Chlorophyll-Fluoreszenz. Aus den Wurzelbildern ergeben sich zusätzlich Informationen über die Wurzelarchitektur (Wurzelfläche, Wurzelwinkel, Wurzellänge).