Pflanzenwuchskammern: Massen-Phänotypisierung mit dem iMaster

Die Biologie – und insbesondere die Genetik – ist eine Schlüsselwissenschaft des einundzwanzigsten Jahrhunderts. Eine zentrale Fragestellung ist, wie die Genetik die gestaltliche Ausprägung – den Phänotyp – eines Lebewesens beeinflusst. Warum haben manche Pflanzen einer Art eher längliche, andere eher runde Blätter haben? Warum wachsen manche Pflanzen schneller als andere? Um diese Fragen zu beantworten, werden im Gregor Mendel Institut of Molecular Plant Biology (GMI) die Wachstumsverhalten verschiedener Pflanzen unter unterschiedlicher Umweltbedingungen untersucht. Um definierte und reproduzierbare Umweltverhältnisse (Temperatur, Bewässerung, Licht) herzustellen, werden die Pflanzen in Klimakammern positioniert. In eine Kammer passen bis zu 1500 Pflanzen.

Es müssen nicht nur die Umweltsimulationsdaten zuverlässig erfasst, sondern auch das Wachstum jeder einzelnen Pflanze und jedes ihrer Blätter. Gemeinsam mit Johnson Controls – ein führender Hersteller von Pflanzenwuchskammern mit frei programmierbaren Umweltverhältnissen – haben wir eine Portalsystem mit Schwenkarm entwickelt, das beide Aufgaben übernimmt. In der Kammer befindet sich ein Schwenkarm, an dem eine Kamera montiert ist, die automatisiert und in regelmäßigen Abständen die Pflanzen auf den Regalböden in der Kammer abscannt. Die Bilder werden zeitsynchron mit den Umweltdaten in einer zentralen Datenbank abgelegt und stehen über eine Web-basierte Benutzeroberfläche zur Verfügung. Die automatische in situ Vermessung mit modernen Methoden der Bildverarbeitung bringt nicht nur eine enorme Zeitersparnis, sondern objektiviert zudem die Ergebnisse.

Die Forscher können nun mit geringem Aufwand untersuchen, wie die Pflanzen wachsen würden, wenn sie z. B. in Schweden wären. Der iMaster kann über Online-Wetterdienste die Umweltverhältnisse vor Ort erfassen und die Kammer in Österreich entsprechend steuern.