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Plasma-Agrarkultur

Die Forschungsgruppe „Plasma-Agrarkultur“ untersucht und entwickelt plasmabasierte Behandlungsverfahren, sowohl für Saatgut als auch für wachsende Pflanzen. Zu den anwendungs- und grundlagenorientierten Forschungsthemen gehören:

  • Untersuchungen zum Einfluss von direkten und indirekten Plasmabehandlungen auf Keimungs- und Wachstumsprozesse von Saatgut
  • Untersuchungen zum Einfluss von Plasmabehandlungen auf die pflanzliche Stressanpassung unter Berücksichtigung des antioxidativen Stoffwechsels
  • Untersuchungen zur mikrobiellen Dekontamination von Saatgut mittels plasmabasierter Technologien
  • Konstruktion, Bau und Charakterisierung von Plasmaquellen unter Berücksichtigung verschiedener einstellbarer Prozessparameter

Für diese Aufgaben steht ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern und Technikern zur Verfügung, die Expertisen aus der Pflanzenbiologie, Mikrobiologie, Plasmaphysik und dem konstruktiven Anlagenbau einbringen. Die Forschergruppe untersucht im Labor die Wirkungen von physikalischen Plasmen auf Pflanzen und entwickelt für die Behandlung geeignete Plasmaquellen. Die Ergebnisse aus diesen Versuchen bilden die Grundlage für Anwendungen in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion. Vor dem Hintergrund restriktiver Pflanzenschutzmittelzulassungen und des fortschreitenden Klimawandels sollen Alternativen erarbeitet werden, die es ermöglichen, den Einsatz von Chemikalien zu reduzieren und Pflanzen gegenüber widrigen Umwelteinflüssen zu stärken. Im Fokus der dazugehörigen Forschung stehen Untersuchungen zu Plasmawirkungen basierend auf reaktiven Stickstoff- und Sauerstoffspezies (RONS). Je nach Dosis der entsprechenden Plasmaquelle können reaktive Spezies oxidative und/oder nitrosative Stressreaktionen, aber auch stimulierende Reaktionen in den Pflanzen auslösen. So können Plasmabehandlungen von Saatgut und wachsenden Pflanzen deren Wachstums- und Entwicklungsprozesse positiv beeinflussen. RONS werden zudem von Pflanzen selbst gebildet, sind wichtige Signalstoffe und haben eine entscheidende Funktion in der pflanzlichen Redoxregulation. Diese betrifft den gesamten pflanzlichen Lebenszyklus und ist insbesondere bei abiotischen und biotischen Stressreaktionen involviert.

Um die verschiedenen Forschungsthemen zu bearbeiten, nutzt die Arbeitsgruppe, neben eigenen Laboren zur Pflanzenanzucht, zur pflanzenphysiologischen Analyse, zur Plasmabehandlung und zur physikalischen Analytik, auch die Infrastruktur und Expertise der Abteilungen Plasmaquellen und Plasmabiotechnik des Forschungsschwerpunkts Dekontamination, das Applikationslabor Mikrobiologisches Labor der Abteilung Plasma Life Science sowie das Applikationslabor Oberflächendiagnostik der Abteilung Plasmaoberflächentechnik.

Leitung der Forschergruppe „Plasma-Agrarkultur“: 
Dr. Henrike Brust
Tel.: +49 3834 554-3971
henrike.brustinp-greifswaldde


Projektthemen

Die Arbeiten am INP innerhalb der Projekte „Physics for Seeds“ und „Physics for Crops” des Verbundprojektes „WIR! Physics for Food – Eine Region denkt um!“, gefördert durch das BMBF, umfassen die Erprobung und Entwicklung innovativer Plasma-Verfahren mit dem Ziel, die Grundlagen für eine zukünftige Aufskalierung von Behandlungsverfahren zu schaffen, die in der Landwirtschaft eingesetzt werden können, um Wachstum und Ertrag von agrarrelevanten Kulturpflanzen zu sichern und in Spezialfällen auch zu steigern. Hierzu werden die agrarrelevanten Pflanzen Gerste, Raps und Lupine umfassend im Labor untersucht, geeignete Plasmaquellen und Behandlungsparameter definiert und diese auf Feldversuchsebene mit den Verbundpartnern überprüft.

Physics for Seeds Physics4Seeds-INP
In dem Projekt „Physics for Seeds“ steht die Saatgutbehandlung durch direkte sowie indirekte Kaltplasmabehandlungen im Fokus. Hierzu werden keimungsrelevante Parameter erhoben (Keimungsraten, Vitalität und Gesundheitsstatus der Keimlinge) und die mikrobiologische Dekontaminationsfähigkeit der Kaltplasmabehandlung am Saatgut überprüft. Des Weiteren werden Pflanzenarten mit unzureichender Keimungsfähigkeit, wie Rotklee und Futtergräser in Kooperation mit dem IPK in Groß Lüsewitz und Malchow auf Poel untersucht.

Physics for Crops WIR-P4F-Crops-INP
In dem Projekt steht die indirekte Plasmabehandlung von Pflanzen durch plasmabehandeltes Wasser (PBW) im Fokus. Untersucht wird die Applikation auf drei verschiedenen Versuchsebenen (Labor, Gewächshaus und Feld). Speziell im Labor wird die abiotische Stressanpassung (Trockenheit, Überflutung und Hitze) nach PBW-Behandlung ermittelt. Hierzu werden Biomasse-, physiologische und biochemische Parameter erfasst, sowie Komponenten des antioxidativen Stoffwechsels untersucht und den entsprechenden Kontrollgruppen gegenübergestellt. In Gewächshaus- und Feldversuchen erfolgt die Applikation des PBW und Ermittlung der Parameter in Kooperation mit der Universität Greifswald und der Hochschule Neubrandenburg.

Erhöhung der Anbauwürdigkeit von Luzerne (Medicago sativa L.) als Futterpflanze - Neue Impulse für die Königin der Futterpflanzen (LuzNutz- INP)

Gesamtziel des Vorhabens ist es, für eine in Deutschland kaum züchterisch bearbeitete, aber wertvolle kleinsamige, heimische Eiweißpflanze, ertragreiche und ertragstabile Sorten für eine nachhaltige Tierfütterung zu entwickeln. Im Fokus steht hier die Luzerne. Am INP wird die Eignung von Kaltplasma zum Samenschutz ermittelt, sowie die Applikation von plasmabehandeltem Wasser (PBW) zur Pflanzenstärkung. Die direkte und indirekte Plasmabehandlung erfolgt zunächst auf Labor-/Gewächshausebene, um geeignete Behandlungsparameter zu identifizieren. Anschließend werden diese Parameter an ausgewählten Genakzessionen auf Freilandebene angewendet und evaluiert. Gewächshaus und Feldversuche finden in Kooperation mit dem Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) in Groß Lüsewitz, sowie dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Groß Lüsewitz und Insel Poel statt.