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Pilzkrankheiten

Optische Sensoren: Wie sie Krankheiten erkennen und Züchtung befeuern

Behmann-li.-Uni-Bonn
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Karl Bockholt, agrarheute
am
29.03.2019

Je nachdem, wie die Gene von Gerste auf Pilzkrankheiten wie Mehltau reagieren, reflektieren das die Blätter. Dabei erkennen Sensoren bestimmte Muster. Die sollen die Züchtung resistenter Sorten künftig vereinfachen.

Die Uni Bonn will die Züchtung resistenter Sorten vereinfachen. Zum ersten Mal decken dazu hyperspektrale Bilder den Zusammenhang auf zwischen Genen in Gerste und veränderten Zellwänden. Die sind außen  am Blatt sicht- und messbar. Das Sensorsystem zeichnet Bilder von sehr vielen, eng beieinanderliegenden Wellenlängen auf.

Eine Pilotstudie hat geklärt, wie die Reflexionseigenschaften pilzinfizierter Pflanzen mit der Aktivität ihrer Gene zusammenhängen. Dazu diente Gerste, die mit Mehltau befallen war.

Die Forscher nahmen die Aktivität etlicher Gene unter die Lupe, die dabei typisch reagieren. Zugleich untersuchten sie, wie sich das Reflexionsmuster der infizierten Blätter im Verlauf der Krankheit veränderte - und das im Bereich des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarots.

Lernfähiges System zur Analyse genutzt

Mehltau-Sensor-optisch

Die Versuche liefen mit drei Sorten, sagt Dr. Jan Behmann vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaft und Ressourcenschutz (INRES). „Eine davon erkrankt in aller Regel sehr schwer. Sie kann dem Schadpilz nichts entgegensetzen. Die beiden anderen weisen dagegen zwei unterschiedliche Resistenzen gegen den Erreger auf.“

Die Werte zur Reflexion und zur Genaktivität zu verschiedenen Terminen speiste er in ein lernfähiges Analysemodell ein. Am Ende dieses Trainings ermittelte die Software, welche Wellenlängen einen Zusammenhang aufweisen. 

Im nächsten Schritt suchen die Forscher nach einer biologischen Erklärung für diesen Befund. So sorgt eines der bei der Infektion aktivierten Gene dafür, dass sich als Abwehrreaktion die Zellwände verändern. Dass das Folgen auf das Reflexionsmuster hat, ist plausibel.

Zusammenhänge das erste Mal aufgedeckt

„Es ist das erste Mal, dass mit hyperspektralen Bildern derartige Zusammenhänge aufgedeckt werden“, sagt Dr. Matheus Kuska, ehemaliger INRES-Forscher. Der endgültige Beweis, dass Genaktivitäten sich durch spezifische Reflexionsmuster verraten, stehe aber noch aus. 

Daher sind die Ergebnisse nun in weiteren Experimenten zu bestätigen. Dazu sind gezielt bestimmte Gene auszuschalten. Danach lässt sich dann prüfen, ob das System das erkennt.

Sensoren erkennen Pilzbefall im Frühstadium

Dass optische Sensoren Pflanzenkrankheiten schon im Frühstadium detektieren können, ist bereits bekannt. Die aktuelle Arbeit geht aber einen Schritt weiter. Vorteile verspricht sie vor allem für die Züchtungsforschung, etwa bei der Identifikation neuer Resistenzen. 

Bislang waren dazu aufwändige molekularbiologische Untersuchungen nötig. Jetzt lassen sich neuartige Resistenzmechanismen beziehungsweise die entsprechenden Gene womöglich durch ein verändertes Reflexionsmuster erkennen.

Mit Material von Uni Bonn, INRES

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