3D‑Scans im Zitrusanbau zur Bekämpfung der Gelben Drachenkrankheit

Das Fraunhofer IIS forscht daran, die Gelbe Drachenkrankheit an Zitruspflanzen frühzeitig zu erkennen und so einer Verbreitung vorzubeugen: Im Bereich Entwicklungszentrum Röntgentechnik werden dafür neueste 3D-Scan-Technologien zur Phänotypisierung eingesetzt.

Orangen, Clementinen, Zitronen, Grapefruits, Limetten – Zitrusfrüchte nehmen in unserer Küche und Ernährung eine unersetzbare Rolle ein. Jedoch haben die Pflanzen einen heimtückischen Feind: die Gelbe Drachenkrankheit. Die unheilbare bakterielle Zitruserkrankung, im Fachjargon meist Huanglongbing (HLB) genannt, wurde erstmals in China entdeckt und stellt eine massive Bedrohung für die globale Zitrusproduktion dar. In der EU ist HLB bisher noch nicht nachgewiesen, jedoch wurden bereits die Insekten, die die Krankheit von Baum zu Baum übertragen, in Portugal, Spanien und Zypern gefunden.

Alle handelsüblichen Zitruspflanzen sind anfällig für HLB, was zu frühem Fruchtfall und Ertragsverlust führt. Von der Ansteckung bis zum Absterben der Pflanzen können bis zu fünf Jahre vergehen. In dieser Zeitspanne können weitere Pflanzen angesteckt werden, weshalb eine frühzeitige Erkennung relevant ist. Einige wilde Zitrus-Verwandte zeigen sich unempfindlich gegen die Krankheit und können der Schlüssel sein, wie in Zukunft resistente Sorten gezüchtet werden können. Neben der Analyse von resistenten Pflanzen ist eine detaillierte Phänotypisierung infizierter Zitruspflanzen ein wichtiges Werkzeug, um Erkenntnisse über deren Reaktionen zu erhalten. Die Untersuchung kann außerdem dabei unterstützen, die Ausbreitung der Krankheit einzudämmen.

Zerstörungsfreie Analyse von Pflanzen – am Fraunhofer IIS und bei Partnern auf der ganzen Welt

Die HLB-Erkrankung stellt derzeit insbesondere in Asien und Südamerika ein erhebliches Problem dar. In Brasilien ist beispielsweise bereits rund ein Drittel der Kleinbauern infolge der Krankheit in die Insolvenz geraten. Daher kooperiert das Fraunhofer IIS mit der Forschungsinstitution Fundecitrus in Brasilien. Diese sollen mit Technologien, wie zum Beispiel Phänotypisierungssystemen ausgestattet werden, um in frühen Stadien Infektionen an Zitruspflanzen anhand von Parametern wie Blattfarbe, -form, Wachstum oder Ertrag zu erkennen. Infizierte Pflanzen können so frühzeitig aussortiert werden, wodurch die Ausbreitung der Krankheit gehemmt werden kann.

In der Phänotypisierungsanlage des Fraunhofer IIS in Merkendorf werden ausschließlich gesunde Jungpflanzen untersucht. Dafür stehen in der über 1000 m² großen Halle drei kontrollierte Umgebungen zur Verfügung, die unterschiedliche Klimabedingungen, inklusive dem CO2-Pegel, simulieren. Ergänzend dazu ermöglichen 3D-Datenerfassungssysteme – darunter Röntgen‑CT sowie optische Scanner – Analysen ober‑ und unterirdischer Pflanzenteile. So können unter anderem Störungen bei der Wurzelbildung verfolgt werden. Als Resultat werden Pflanzeneigenschaften, der sogenannte Phänotyp, in hochauflösenden Farbpunktwolken dargestellt.

Die frühe Erkennung von Pflanzenreaktionen auf die HLB-Erkrankung ist entscheidend für Frühwarnsysteme in der EU und für Züchtungsprogramme zur Identifizierung resistenter Genotypen. Bisherige Bewertungsmethoden sind manuell und zeitaufwendig. Die Integration von 3D-Farbbildgebung und Röntgen-CT-Technologien ermöglicht eine schnelle und zerstörungsfreie Phänotypisierung verschiedenster Zitruspopulationen. So kann ein Frühwarnsystem zur Eindämmung von HLB in der EU bereitgestellt werden, wodurch Zitrus-Plantagen bestehen und damit die wertvollen Zitrusfrüchte weiterhin in gleicher Menge und Qualität verfügbar bleiben.

Smart Farming mit Hilfe von Phänotypisierung

Die Phänotypisierungsanlagen des Fraunhofer IIS bieten viele weitere Technologien, um sich jeder Messsituation für verschiedene Pflanzengattungen anzupassen: von Stereoskopie über Laserlichtschnitt bis hin zur Computertomographie. Mit dieser umfangreichen Palette an Sensorik ergeben sich unendlich viele Möglichkeiten für Messungen mit unterschiedlichen Organismen, Krankheiten und äußeren Bedingungen. So ist eine präzise und technologiegestützte Landwirtschaft möglich: das sogenannte »Smart Farming«.