Kann Röntgentechnik Pflanzen fit für den Klimawandel machen?

Stefan Gerth ist Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik in Fürth. Er koordiniert die Entwicklung von CT-Systemen zur Selektion hitzetoleranter Nutzpflanzen. Mit ihrer Forschungsarbeit leistet seine Gruppe einen wichtigen Beitrag dazu, wie Pflanzenzüchter dem Klimawandel begegnen können.

Röntgenbilder von Kartoffeln in unterschiedlichen Wachstumsphasen
Röntgenlicht ermöglicht den Blick in die Erde: Kartoffelknollen in unterschiedlichen Wachstumsphasen

Mit dem Röntgen von Kartoffeln hat er angefangen, jetzt röntgt Stefan Gerth mit seinem rund zehnköpfigen Team ganze Weizenfelder. Seine Mission hat er dabei klar vor Augen. »Wir wollen Pflanzen fit für den Klimawandel machen«, erklärt der 36-jährige Physiker. »Unsere Röntgensysteme unterstützen Züchterinnen und Züchter bei der Selektion von Nutzpflanzen, die optimal an Hitze und Trockenheit angepasst sind.«

Seine ambitionierte Mission begann Stefan Gerth vor sieben Jahren, indem er den Röntgenblick in die Erde richtete – auf Kartoffelknollen die unter Hitzestress stehen. Das Ziel: Das Wachstum verfolgen, ohne sie auszugraben. Daher kultivierten sie Kartoffeln in Blumentöpfen und konstruierten einen Computertomograph, um die Pflanzen zu röntgen. »Durch regelmäßiges Röntgen konnten wir genau beobachten, wie die Knollenbildung durch Hitze und Trockenheit beeinflusst wird«, berichtet Gerth.

Wie sieht es im Inneren einer Weizenähre aus?

Körner werden durch unterschiedliche Farben voneinander abgegrenzt
© Fraunhofer IIS
Das Röntgenbild einer Weizenähre zeigt Korngröße, Kornmorphologie und Korngewicht. Die einzelnen Körner werden im Bild durch unterschiedliche Farben voneinander abgegrenzt.

Für die am Projekt beteiligten Züchter sind das wertvolle Informationen. Sie nutzen die Daten für die Phänotypisierung, das heißt für die Erfassung der äußeren Merkmale, nach denen sie die Pflanzen für die Weiterzucht auswählen. Phänotypisierung betreiben Ackerbauern seit über 10.000 Jahren. Stefan Gerth und sein Team ermöglichen erstmals den Blick auf Merkmale, die bislang im Verborgenen lagen.

Mit einer CT-Anlage, die im Gewächshaus völlig automatisch Blumentopf für Blumentopf röntgt, hat Gerth die Technologie mittlerweile in die Anwendung gebracht: In China wird sie zur Kartoffelzucht genutzt, in den USA geht es um Mais und in Australien um hitzeresistenten Weizen.

Beim Weizen schaut Stefan Gerth weniger auf die Wurzeln, als auf die Ähren. »Von außen sieht man nicht, ob eine Ähre mit vielen oder wenigen Körnern gefüllt ist«, hat Gerth gelernt. Bislang mussten Züchter jede Ähre einzeln dreschen und dann die Körner zählen. Mit der automatisierten CT-Anlage aus dem Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS lassen sich jetzt in kurzer Zeit tausende von Ähren auf die verschiedensten Merkmale untersuchen.

Lassen sich ganze Felder röntgen?

© Fraunhofer IIS
Phänotypisierungsroboter im Feldeinsatz

Mit der neuesten Entwicklung kann man sogar ganze Weizenfelder röntgen – mit DeBiFix, einem hochbeinigen vierrädrigen Vehikel, das langsam über das Feld fährt und dabei die Ähren scannt. »Durch mehrmaliges Röntgen kann der Züchter den Wachstumsverlauf der Körner in den Ähren beobachten«, erklärt Stefan Gerth. »So kann er bereits auf dem Feld erkennen, wie einzelne Sorten auf Hitze und Trockenheit reagieren.«

»Mission completed« sendet Gerth allerdings noch lange nicht. Er möchte eine Technologie entwickeln, mit der man das Wachstum von Kartoffeln und Wurzeln auch im Freiland beobachten kann – um die Züchter noch besser beim Umgang mit dem Klimawandel zu unterstützen.

 

 

Den Beitrag erstellte Christine Broll.

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