Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG)

Pflanzenwissenschaften (IBG-2)

HiDeR

Hyperspectral Imaging Device for Rhizotrons

Hochauflösende Erfassung des Spross- und Wurzelkompartiments

Die Hyperspectral Imaging Box ist eine Neuentwicklung des Forschungszentrums Jülich in Zusammenarbeit mit SPECIM Spectral Imaging Ltd (Finnland).

Dieses Gerät wird das strukturelle und funktionelle Verständnis der Eigenschaften von Spross und Wurzel durch hochauflösende bildgebende Spektroskopie erleichtern. Als erstes Instrument seiner Art werden hyperspektrale Bilder aus dem Wurzelbereich aufgenommen. Die Pflanzen werden in flachen Rhizotrons gezüchtet, die auf einer Seite des Wurzelkompartiments einen transparenten Schirm haben. Die Rhizotrons sind in einem Winkel von 45° angeordnet, wobei der transparente Schirm nach unten zeigt. Die Wurzeln zeigen eine positive geotrope Reaktion, d. h. sie wachsen zumindest teilweise an der Schnittstelle zwischen dem transparenten Schirm und dem Boden.

Der sichtbare Teil des Wurzelsystems an dieser Schnittstelle wird mit den Hyperspektralsensoren innerhalb der Imaging Box gescannt. Um auch Feinwurzeln zu erkennen, werden zwei Sensoren verwendet, die eine räumliche Auflösung von 100μm über das gesamte Wurzelkompartiment ermöglichen (Abb. 2). Das lichtdichte Gehäuse (Abb. 3) der Imaging-Station hat eine Größe von 2 x 3 x 3,5 m und fasst insgesamt drei Scansysteme. Zwei Systeme werden verwendet, um den Spross von oben und von der Seite zu scannen. Die Höhe des Shoot-Top-Side-Scanners ist verstellbar. So kann das System mit der Pflanze mitwachsen und einen festen Sensor-Ziel-Abstand bis zu einer Pflanzenhöhe von 50 cm gewährleisten.

Die vier Sensoren der Hyperspectral Imaging Box sind CMOS-Detektoren, die im Spektralbereich von 400 -1000 nm mit einer spektralen Auflösung von 3 nm messen. Jedes der drei Scan-Systeme hat eine eigene Beleuchtung (Abb. 1) und arbeitet unabhängig, um definierte Beleuchtungs- und Messbedingungen zu gewährleisten. Diese neuartige Hyperspectral Imaging Box ist ein neues Werkzeug für die hochpräzise Phänotypisierung von Pflanzen, das zu einem besseren Verständnis der strukturellen und funktionellen Eigenschaften von Wurzeln beiträgt. Dieses Wissen wird dazu beitragen, Wurzelmerkmale für die Züchtung und unter veränderten Umweltbedingungen zu optimieren.