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10.05.2016

SCC und da-cons GmbH speichern und analysieren Bilder wachsender Pflanzen im Botanischen Institut des KIT

Bevölkerungswachstum und Klimaveränderungen stellen neue Anforderungen an die moderne Landwirtschaft. Die Entwicklung neuer Pflanzensorten ist daher unumgänglich. Eine Voraussetzung hierzu ist ein besseres Verständnis wichtiger Kulturpflanzen.

Abb. 1: Aufbau des RiSeGrAn-Systems

Schnelles Bevölkerungswachstum und klimatische Veränderungen stellen neue Anforderungen an die moderne Landwirtschaft. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist die Entwicklung neuer Pflanzensorten unumgänglich. Eine Voraussetzung hierzu ist ein besseres Verständnis wichtiger Kulturpflanzen, wie z.B. von Reis.

Dr. Michael Riemann aus der Arbeitsgruppe Molekulare Zellbiologie (Prof. Dr. Peter Nick) am Botanischen Institut des KIT kooperiert mit der da-cons GmbH, um das Wachstum von Reiskeimlingen zu analysieren und so die Gene zu identifizieren, welche die Pflanzen resistenter machen. Die Forschung konzentriert sich hierbei auf die ersten Stadien der Keimling-Entwicklung. Daher ist es notwendig, die Pflanzen im Dunkeln wachsen zu lassen, während eine Infrarot-Kamera die Pflanzen stündlich fotografiert. Diese Bilder werden im nächsten Schritt (halb-) automatisch ausgewertet, um die Wachstumsraten des Sprosses, des ersten Blattes und der Wurzel der Reispflanze zu bestimmen.

Abb. 2: Analyse von 14 Reiskeimlingen
auf einer Platte

Der Aufbau des Systems wird in Abb. 1 und anschaulich in einem Videobeitrag gezeigt. Das System befindet sich in einer 50*50cm großen Kiste, welche mit 20 Infrarot-LEDs beleuchtet wird. Die Kiste ist so konstruiert, dass auf die Keimlinge kein sichtbares Licht fallen kann. Ein angeschlossener Raspberry Pi Computer nimmt stündlich ein Bild auf und gewährleistet so eine detaillierte Dokumentation des Pflanzenwachstums. Die Bilder werden automatisch auf einen Server übertragen. Dort können sie von den Forschern eingesehen werden.

Zusätzlich werden die Bilder mit Hilfe von, von der da-cons GmbH entwickelten, Algorithmen (halb-) automatisch analysiert. Diese Algorithmen bestimmen die Länge des Sprosses, des ersten Blattes und der Wurzel.

In Abb. 2 ist eine Reis-Platte mit 14 Keimlingen zu sehen.

Als nächster Schritt in dieser Kooperation werden die entstandenen Daten verwendet, um eine OpenData-Plattform zu entwickeln. Das SCC plant die Entwicklung einer online OpenData-Plattform, die es Wissenschaftlern erlauben wird ihre Daten für die wissenschaftliche Gemeinschaft zu veröffentlichen. Die Datensätze die im RiSeGrAn-Projekt (Rice Seedlings Growth Analysis) entstehen werden benutzt, um die Anforderungen an eine solche Plattform zu bestimmen und diese zu testen. Die da-cons GmbH wird alle am Projekt beteiligten Partner beraten, um die gesetzten Ziele zu erreichen.

Die Firma da-cons , eine Ausgründung des SCC, bietet Lösungen zur Auswertung, Visualisierung und Archivierung großer Bilddatenmengen.

Autoren: Ting Xiao und Dr. Michael Kreim (da-cons GmbH), Dr. Michael Riemann (KIT/BOTANIK)