Realistische Feldforschung unter dem Dach  

Text: CHRISTIAN SCHAFMEISTER

Für die Forschung ist es erforderlich, Nutzpflanzen feldähnlichen Bedingungen auszusetzen, gleichzeitig sollten Versuche exakt reproduzierbar sein. „Mit der PhänoSphäre können wir der Pflanzenforschung eine neue Infrastruktur am IPK anbieten. Hier können nicht nur die Reaktionen der Pflanze auf verschiedene Umweltbedingungen untersucht, sondern auch verschiedene Wetterszenarien für eine gesamte Saison durchgespielt werden“, sagt Prof. Dr. Thomas Altmann, Leiter der Abteilung „Molekulare Genetik“ am IPK. Die PhänoSphäre ermöglicht detaillierte Analysen des Wachstums und anderer biologischen Mechanismen in Pflanzen, die denen in Feldversuchen sehr ähneln, hier jedoch unter genau vorgegebenen Umweltbedingungen. Dies gilt nicht nur für aktuelle Witterungsbedingungen, sondern auch für künftige Klimaszenarien – etwa mit größerer Trockenheit, höheren Temperaturen und gesteigerter CO₂-Konzentration.

Die PhänoSphäre bietet dabei völlig neue Möglichkeiten im Vergleich zu den bisher genutzten Wachstumskammern und Gewächshäusern. Zum Beispiel kann sie die Temperatur über Tages-, Wochen- und Monatsverläufe hinweg automatisch verändern, sowie Lichtqualität und -menge im Minuten- bis Sekundenbereich regulieren. Auch die Bewölkung wird über die ausgeklügelte Lichtanlage simuliert. Außerdem erlaubt es die PhänoSphäre, Windgeschwindigkeit und -richtung zu verändern und den atmosphärischen CO₂– Gehalt zu variieren. Die Bewässerung der Pflanzen läuft automatisch und große Anzuchtcontainer ermöglichen die Verwendung verschiedener Bodentypen und – zusammensetzungen, deren Bodentemperatur zudem reguliert wird. „Dies unterstützt uns in Zukunft dabei genau aufzuklären, durch welche molekularen Prozesse in der Pflanze sich landwirtschaftlich relevante Merkmale ausprägen, zum Beispiel die Widerstandsfähigkeit gegenüber ungünstigen Umweltbedingungen. Zudem können wir nun Hypothesen überprüfen, die aus bioinformatischen Modellierungen abgeleitet wurden“, so Altmann. Zur Veranschaulichung dieser weltweit einzigartigen Anlage wurde extra eine Multimedia-Geschichte auf der Website des IPK veröffentlicht. Mit Fotos, Videos & Animationen gibt diese einen sehr anschaulichen Einblick in die PhänosSphäre.

Die ersten Ergebnisse aus der PhänoSphäre sind vielversprechend. Die Simulation einer einzelnen Maisanbausaison führte zu vergleichbarem Pflanzenwachstum und Entwicklungsverläufen wie bei Pflanzen auf dem Feld. „Der Mais im Feldanbau und die Pflanzen im Experiment benötigten die gleiche Zeit, um die maximale Wachstumsgeschwindigkeit, die Reife der Blätter und den Austrieb zu erreichen“, sagt Dr. Marc Heuermann, Erstautor einer Studie, die jetzt in der Zeitschrift “Nature Communications” veröffentlicht wurde. „Wenn wir reale Tage als Vorlage für unsere Wettersimulationen in der neuen Anlage nutzten, brachte das bessere, also dem Feld viel ähnlichere Ergebnisse als der Anbau im Gewächshaus”, erklärt Heuermann.

Damit schließt die PhänoSphäre eine Lücke zwischen den bisher etablierten Wachstumskammern und Gewächshäusern auf der einen und den Feldversuchen auf der anderen Seite. „Die Möglichkeit, in der dynamischen, aber auch kontrollierten Umgebung ein feldähnliches Wachstum und eine feldähnliche Entwicklung auszulösen, ist ein sehr wesentlicher und wichtiger Fortschritt und geht weit über die bisherigen Verbesserungen beim Anbau in standardmäßig klimatisierten Gewächshäusern hinaus.“, erläutert Altmann. Die Simulationsprogramme für das Wetter können nun auch weiterentwickelt und für die Untersuchung von Ertragsstabiltät und Widerstandsfähigkeit wichtiger Kulturpflanzen mit Hinblick auf den Klimawandel verwendet werden.

Weiterführende Informationen:

“Die PhänoSphäre des IPK” (Multimedia-Geschichte mit Animationen & Videos)