Entwicklung von Screening-Systemen zur Messung der Pflanzenvitalität

Mehr Effizienz in der Pflanzenzüchtung

Mit dem Projekt quantiFARM will KWS gemeinsam mit Forschungspartnern neue Screening-Systeme entwickeln, die die Vitalität von Pflanzen direkt im Feld messen können. Ziel ist es, die Pflanzenzüchtung effizienter zu gestalten und damit einen Beitrag zu einer ressourcenschonenden und nachhaltigeren Landwirtschaft zu leisten. Zum Einsatz kommen tragbare Sensoren und optische Verfahren, die frühe Stressreaktionen der Pflanzen erkennen und gezielte Maßnahmen ermöglichen.

von Redaktion erschienen am 28.05.2025

Ein Landwirt kontrolliert die Gesundheit seiner Zuckerrüben mit einer Lupe. Solche Arbeiten könnten in Zukunft durch digitale Messgeräte vereinfacht werden, die wie ein mobiles Labor funktionieren. © Landpixel

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Züchtung anschieben

Das Projekt quantiFARM will ein neuartiges Messgerät entwickeln, das mit Licht arbeitet und schnell sowie günstig wichtige Eigenschaften von Pflanzen und Böden erkennt. Damit soll genau erfasst werden, wie es um die Vitalität der Pflanzen bestellt und wie der Boden beschaffen ist – so können Dünger und Pflanzenschutz gezielter eingesetzt und die Umwelt geschont werden. Die Lösung basiert auf tragbaren Sensoren, die direkt auf dem Feld an Pflanzen und im Boden messen können. Die aufgenommenen Bilder werden auf dem Feld ausgewertet, um den Zustand der Pflanzen zu bestimmen und praktische Handlungsempfehlungen für die Bewirtschaftung zu geben. Sämtliche Erkenntnisse aus den Reaktionen der Pflanzen auf Umwelteinflüsse sollen in die Züchtung einfließen.

Gemeinsam mit renommierten Forschungseinrichtungen und weiteren Partnern beteiligt sich KWS an dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt quantiFARM. Ziel ist es, die Vitalität von Pflanzen durch die Entwicklung von sensitiven und gleichzeitig robusten und praxistauglichen Screening-Systemen zu messen. Dies kann eine nachhaltigere Landwirtschaft fördern und einen echten Mehrwert für die Pflanzenzüchtung schaffen.

„Die Pflanzenzüchtung ist ein Schlüsselfaktor bei der Bewältigung zukünftiger Herausforderungen wie Klimawandel, Bevölkerungswachstum, Schonung natürlicher Ressourcen und Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes. Ziel ist es daher, Sorten zu entwickeln, die durch Nährstoffeffizienz und Pflanzengesundheit auch in Zukunft die Erträge in der Landwirtschaft sichern und gleichzeitig den Einsatz von Düngemitteln reduzieren“, sagt Dr. Christoph Bauer, Leiter der Abteilung Datenerfassung und Automatisierung bei KWS.

„Genau hier setzt das Projekt quantiFARM (Quantitative optische Differenzialdiagnostik für Umweltschutz und Nachhaltigkeit) an: Moderne, effiziente und vor allem praxistaugliche Screening-Systeme liefern in kürzester Zeit exakte Daten zur Vitalität von Pflanzen. Damit kann der komplexe Prozess der Pflanzenzüchtung effizienter gestaltet und eine nachhaltigere Landwirtschaft gefördert werden.“

Gemeinsam mit renommierten Forschungsinstituten und weiteren Partnern beteiligt sich KWS an dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt quantiFARM. Ziel ist es, die Vitalität von Pflanzen durch die Entwicklung sensitiver und gleichzeitig robuster und praxistauglicher Screening-Systeme zu messen. Dies kann eine nachhaltigere Landwirtschaft fördern und einen echten Mehrwert für die Pflanzenzüchtung schaffen.

Zukünftige Messsysteme für die Pflanzenvitalität

Mit der Entwicklung sogenannter Pflanzendetektoren sollen in Zukunft tragbare Messgeräte zur Verfügung stehen, die sehr klein sind, wenig Energie verbrauchen und direkt im Feld eingesetzt werden können. Der zeitaufwändige Transport von Proben in Labors würde damit entfallen. Auch die optische Fluoreszenzmessung soll zum Einsatz kommen. Diese Methode nutzt die Fähigkeit des Chlorophylls, Licht zu emittieren, wenn es zuvor mit Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt wurde. So lassen sich zum Beispiel Pflanzenkrankheiten bereits in einem sehr frühen Stadium erkennen. Auch Bodenparameter sollen mit den Sensoren erfasst werden können.

Bisher sind solche lichtempfindlichen Messungen an Pflanzen nur in abgedunkelten Räumen möglich – mit der Entwicklung hochempfindlicher Systeme könnten auch diese direkt im Feld bei Sonneneinstrahlung gemessen werden. Durch die Untersuchung der Vitalität und auch der Nährstoffeffizienz von Pflanzen mit modernen Messgeräten stehen exakte wissenschaftliche Daten kurzfristig zur Verfügung. Davon profitiert insbesondere die Pflanzenzüchtung; KWS wird die gewonnenen Erkenntnisse nach Möglichkeit in entsprechende Züchtungsprogramme einfließen lassen. Daraus abgeleitete Handlungsempfehlungen, zum Beispiel für eine bedarfsgerechtere Düngung oder einen gezielteren Herbizideinsatz, tragen zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft bei.

Züchtung koordiniert Feldversuche und ist für Messergebnisse zuständig

Das Unternehmen KWS übernimmt als Pflanzenzüchter die Feldversuche sowie die Verbundkoordination des Projektes und ist für die Interpretation der Messergebnisse verantwortlich. Die Versuche werden zunächst mit Zuckerrüben am Standort Einbeck durchgeführt und sollen später auf andere Kulturarten übertragen werden.

Dr. Christoph Bauer erklärt: „Wir verfügen über fast 170 Jahre Erfahrung in der Züchtung erfolgreicher Zuckerrübensorten, haben ein einzigartiges internationales Versuchswesen aufgebaut und über Jahrzehnte umfangreiches Datenmaterial gesammelt und der Züchtung zur Verfügung gestellt. Wir freuen uns sehr, dieses Projekt mit unserer Expertise zu unterstützen.“

Projekt auf Messe Hannover vorgestellt

Auf der Hannover Messe 2025 im April wurde das Projekt quantiFARM, das eine Gesamtlaufzeit von drei Jahren hat und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 3,7 Millionen Euro (Förderquote 76,5 Prozent) gefördert wird, erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. KWS bringt sich mit Feldversuchen und ihrer Züchtungsexpertise in das Forschungsvorhaben ein und erhält dafür 350.000 Euro.

Weitere Projektpartner sind die Firmen Miopas GmbH, JB-Hyperspectral Devices GmbH und Asphericon GmbH. Bei erfolgreichem Projektverlauf könnten nicht nur Pflanzenzüchter von der Entwicklung der Messgeräte und der damit verbundenen Bewertung der Pflanzenvitalität profitieren, sondern auch Forstämter, landwirtschaftliche Dienstleister oder die Sortenämter des Bundes und der Länder – und letztlich natürlich die Landwirte durch verbesserte Sorten.

Die Schonung natürlicher Ressourcen und die Minimierung des Ressourceneinsatzes sind sowohl Ziele der europäischen Agrarpolitik als auch Teil der KWS-Nachhaltigkeitsinitiative 2030, mit der sich das Unternehmen ambitionierte und messbare Ziele setzt, um Lösungen für eine zukunftsfähige Landwirtschaft zu liefern. Das Projekt quantiFARM greift diese zentralen Aspekte auf.