3D Pflanzendigitalisierung zur automatisierten in vitro Produktion (digiPLANT)

Problemstellung
Zunehmend werden Zier- und Nutzpflanzen unter sterilen Bedingungen als Klone über Gewebekulturen produziert, um die züchterisch gewünschten Eigenschaften für jede einzelne Pflanze sicher zu stellen. Mit dieser vegetativen Teilung der Pflanzen in einzelne Segmente werden definierte Merkmale, wie Farbe, Größe oder auch Wirkstoffgehalt und Resistenzen, auf alle Nachkommen übertragen. Die Vermehrung von Pflanzen in vitro, also „im Reagenzglas“, ist dabei eine der Schlüsselkompetenzen. Traditionell wird die Klonierung in sterilen Werkbänken mit Skalpell und Pinzette unter hohem manuellem Aufwand durchgeführt.

Projektziel
Ziel des KMU-innovativ-Projekts digiPLANT war es, die bislang ausschließlich manuelle Bearbeitung durch eine automatisierte Produktion zu ersetzen. Den Kern der Forschungsarbeiten bildete dabei eine bildtechnische Verarbeitung, in der eine automatische Erkennung und Verarbeitung der einzelnen Segmente jeder Pflanze erfolgte. Da die Automation in einer Reinraumzelle erfolgte, wurde die Gefahr des manuellen Eintrags von Keimen minimiert. Diese Automatisierung ermöglichte die marktkonforme Produktion von weitgehend homogenen Pflanzen mit definierten Eigenschaften in den benötigten Stückzahlen.

Vorgehensweise
Im Zentrum dieses Forschungsprojekts stand die Digitalisierung von 3 bis 4 cm großen Objekten mit vollständiger 3D-Simulation. Dabei wurde die Pflanze mit mehreren Kameras abgebildet und die erhaltenen Bilder zu einem vollständigen, digitalen 3D-Modell verrechnet. Im weiteren Prozess wurden die einzelnen Segmente der Pflanze bestimmt. Die dann berechneten Schnitte folgten organisch der Trennungslinie der Segmente, womit ein ungewolltes Zerteilen von Pflanzensegmenten ausgeschlossen werden konnte. Somit wurde eine maximale Vermehrungsrate der Pflanzen in der Teilung erreicht.

Anwendungspotenzial und erwartete Ergebnisse
Die entwickelte Methode ermöglicht die kunden- und marktgerechte Produktion von eigenschaftsidentischen Pflanzen in besonderer Qualität und Güte am Standort Deutschland. Sie bedient damit den bioökonomischen Nachfragemarkt für pflanzliche Rohstoffe. Weiterführend kann die Methode der Digitalisierung zur echten 3D-Analyse im unteren Zentimeterbereich für diverse Pflanzenarten angepasst und eine Vermarktung kompletter Produktionszellen geprüft werden.

• Bock Bio Science GmbH