Internationale Feldkampagne zur solar-induzierten Fluoreszenz erfolgreich abgeschlossen

Die Forscher des IBG-2 haben die klaren Witterungsbedingungen im Juni genutzt und die sonneninduzierte Fluoreszenz (SIF) von der Ebene einzelner Blätter bis hin zur Luftskala gemessen, um die funktionelle Vielfalt der Stressakklimatisierung von Pflanzen besser zu verstehen und weitere Daten für die bevorstehende europäische Satellitenmission FLEX zu liefern.

Die solarinduzierte Fluoreszenz (SIF) ist ein schwaches rotes Leuchten, das von grüner, photosynthetisch aktiver Vegetation als Nebenprodukt der photosynthetischen Energieumwandlung ausgestrahlt wird. Die Intensität dieses schwachen roten Leuchtens ändert sich in Abhängigkeit von der Effizienz der tatsächlichen Photosynthese, so dass dieses rote Leuchten als Indikator für die Effizienz der Photosynthese verwendet werden kann. Schwere Umweltbedingungen wie Trockenheit oder Hitzestress führen häufig zu einer Beeinträchtigung der Photosynthese, so dass solche Umweltbelastungen auch durch Veränderungen dieses Fluoreszenzsignals erkannt werden können.

Diese Vielseitigkeit von SIF hat Wissenschaftler seit Jahrzehnten dazu veranlasst, dieses Signal zu messen, um Einblicke in die regulatorischen Eigenschaften der Photosynthese zu gewinnen. Seit kurzem ist es auch möglich, dieses rote Fluoreszenzsignal von entfernten Plattformen wie Flugzeugen und Satelliten aus zu messen.

Forscher am IBG-2 leisten seit vielen Jahren Pionierarbeit bei dieser Entwicklung. Derzeit wird am IBG-2 ein hochmoderner Luftbildsensor betrieben, der für die Messung von SIF aus der Luft konzipiert wurde. Die Daten dieses Luftbildsensors wurden zur Vorbereitung der europäischen Satellitenmission FLEX [Link: https://earth.esa.int/eogateway/missions/flex] verwendet, die derzeit von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) durchgeführt wird und die erste Satellitenmission sein wird, die SIF mit einer hohen räumlichen Auflösung weltweit misst.

Während der diesjährigen Feldkampagne haben Forscher des IBG-2 in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Bonn, Köln, Zürich und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften den luftgestützten Sensor HyPlant über mehreren Untersuchungsgebieten in Deutschland, der Schweiz und der Tschechischen Republik eingesetzt. Am 14. und 15. Juni nutzte das Team die klaren Wetterbedingungen in der Region und nahm fast 100 Fluglinien über dem Campus Klein-Altendorf, dem Gebiet um Selhausen und von den neu eingerichteten Feldstandorten der Strukturwandel-Projekte rund um Jülich auf. Während SIF von den niedrig fliegenden Forschungsflugzeugen aus kartiert wurde, führten mehrere Teams am Boden Messungen der Pflanzenfunktion und der Fluoreszenz durch, um zusätzliche Daten zur Pflanzenfunktion zu erhalten und die luftgestützten Datenprodukte zu validieren.

Nach zwei langen und anstrengenden Tagen in der Sonne hatten die Teams einen umfangreichen Datensatz mit verschiedenen physiologischen und optischen Felddaten erfasst. Die Auswertung der Daten wird mehrere Wochen in Anspruch nehmen, aber nach einer ersten Qualitätsprüfung waren die Teams überzeugt, dass alle Sensoren funktionierten und die Daten von hoher Qualität waren. Wir sind nun dabei, das Potenzial der sonneninduzierten Fluoreszenz als neuartigen Fernerkundungsparameter weiter zu bewerten und zu analysieren, der es uns in naher Zukunft ermöglichen soll, die tatsächliche Photosynthese von Pflanzen vom Weltraum aus zu messen und frühe Anzeichen von Umweltstress zu erkennen, um rechtzeitig Maßnahmen zur Abschwächung der Auswirkungen menschlicher Einflüsse auf die pflanzliche Primärproduktivität und zur besseren Steuerung unserer Pflanzenproduktionssysteme in Zeiten des globalen Wandels einzuleiten.

Weitere Materialien zum Thema

Recent scientific article in NATURE Plants on this topic:
doi: 10.1038/s41477-021-00980-4

Article describing the airborne sensor HyPlant that is operated by IBG-2:
doi: 10.3390/rs11232760

Overview article on solar-induced fluorescence:
doi: 10.1016/j.rse.2019.04.030

Link zum Forschungsbereich Shoot Dynamics am IBG-2: Shoot Dynamics