EP4061114A1

EP4061114A1 - Verfahren zum ermitteln und optimieren des gehalts von wenigstens einem pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem teil einer pflanze

Info

Publication number: EP4061114A1
Application number: EP20811314.2A
Authority: EP
Inventors: Volkmar KEUTER; Dennis SCHLEHUBER; Annette SOMBORN-SCHULZ; Holger Wack; Stephan Deckert; Victor Takazi KATAYAMA; Felix THOMA
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-09-28
Also published as: DE102019131650A1; US20230044049A1; WO2021099588A1

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren zum Ermitteln des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff (1) von wenigstens einem Teil einer Pflanze (3). Damit der Gehalt von Pflanzeninhaltsstoffen, insbesondere sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, von wenigstens einem Teil einer Pflanze zweckmäßiger ermittelt und optimiert werden kann, ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Teil der Pflanze (3) nacheinander mit Licht (7) unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt wird und das als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze (3) mit Licht (7) einer jeden Wellenlänge und/oder mit einem jeden Wellenlängenbereich jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wellenlängenbereichs gemessen wird.

Description

Verfahren zum Ermitteln und Optimieren des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem Teil einer Pflanze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem Teil einer Pflanze. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Optimieren des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff wenigstens einer Pflanze zum Zeitpunkt der Ernte der wenigstens einen Pflanze.

Bei der landwirtschaftlichen Erzeugung von Pflanzen stehen zwei grundsätzliche Prinzipien im Vordergrund, von denen meist ein Prinzip das andere dominiert. Beispielsweise wird aus wirtschaftlichen Gründen in vielen Fällen angestrebt, möglichst große Pflanzen zu erzeugen, die mithin einen großen Ertrag erzielen ln anderen Fällen ist die Größe der Pflanzen weniger bedeutsam. Es kommt in diesen Fällen vielmehr auf die Inhaltsstoffe der Pflanzen an. Solche Pflanzen sind beispielsweise Kräuter, Gewürzpflanzen, Heilpflanzen oder Medizinalpflanzen. Bei diesen Pflanzen ist der zu erzielende Erlös von dem Gehalt an bestimmten Pflanzeninhaltsstoffen abhängig. Meist wird der entsprechende Gehalt an Pflanzeninhaltsstoffen nach der Ernte durch chemische oder physikalische Analyseverfahren ermittelt. Die entsprechenden Gehalte sind jahreszeitabhängig und erst nach der Ernte zu erfassen, so dass nicht oder nur sehr unzureichend Einfluss auf den Gehalt an Pflanzeninhaltsstoffen der zu erntenden Pflanzen genommen werden kann.

Pflanzeninhaltsstoffe lassen sich in primäre Pflanzeninhaltsstoffe und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe unterteilen. Zu den primären Pflanzeninhaltsstoffen gehören die für das Wachstum der Pflanze essentiellen Substanzen, wie beispielsweise Chlorophyll. Dabei existieren unterschiedliche Arten von Chlorophyll, die gemeinsam in einer Pflanze Vorkommen können. Die sekundären Pflanzeninhaltsstoffe schützen die Pflanze beispielsweise gegen UV-Strahlung, andere Wettereinflüsse und Fressfeinde. Zudem werden viele sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe als für die menschliche Gesundheit förderlich angesehen. Diese sekundären Pflanzeninhaltsstoffe werden von der Pflanze unter Stress in besonderem Maße gebildet. Der Stress der Pflanze kann dabei beispielsweise durch Nässe, Trockenheit, Wärme, Kälte, Kohlendioxidgehalt der Luft, Verschiebung des Tag-Nach-Zyklus, ungünstige Lichtverhältnisse, UV-Strahlung, Berührung der Pflanze oder Verletzung der Pflanze ausgelöst werden. Die komplizierten Mechanismen dahinter sind jedoch noch nicht ausreichend verstanden.

Zu den sekundären Pflanzeninhaltsstoffen gehören beispielsweise Alkaloide, Aminosäuren, Polyphenole, Anthocyane und Flavonole. Während die sekundären Pflanzeninhaltsstoffe insbesondere in der Epidermis der Blätter, also nahe der Blattoberfläche ablagern, kommt Chlorophyll im unterhalb der Epidermis liegenden Palisadengewebe vor. Chlorophyll absorbiert Lichtenergie, die zum Großteil zur Photosynthese genutzt wird. Ein nicht nutzbarer, aber gleichwohl absorbierter Teil der Lichtenergie wird in Form von Fluoreszenz, der sogenannten Chlorophyll- Fluoreszenz (ChlF), im Bereich des dunkelroten Farbspektrums des Lichts wieder abgegeben.

Es hat bereits Bestrebungen gegeben, diese Chlorophyll-Fluoreszenz zu nutzen, um Rückschlüsse auf den Zustand der Pflanzen, etwa den Stickstoffgehalt und das Vermögen der Pflanzen, Strahlung aufzunehmen, zu ziehen. Es sind jedoch noch nicht in zufriedenstellendem Maße Rückschlüsse auf die Qualität lebender Pflanzen zu ziehen, geschweige denn die Wachstumsbedingungen für die Pflanzen so anzupassen, dass eine zufriedenstellende Qualität der Pflanzen sichergestellt werden könnte.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Verfahren der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Gehalt von Pflanzeninhaltsstoffen, insbesondere sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, von wenigstens einem Teil einer Pflanze zweckmäßiger ermittelt und optimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem Teil einer Pflanze,

- bei dem der wenigstens eine Teil der Pflanze nacheinander mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt wird und

- bei dem als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze mit Licht einer jeden Wellenlänge und/oder mit einem jeden Wellenlängenbereich jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wellenlängenbereichs gemessen wird.

Die genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 13 gelöst durch ein Verfahren zum Optimieren des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff wenigstens einer Pflanze zum Zeitpunkt der Ernte der wenigstens einen Pflanze,

- bei dem der Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs von wenigstens einem Teil der wenigstens einen Pflanze mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ermittelt wird.

Die Erfindung beruht auf dem Umstand, dass auf eine Pflanze treffendes Licht unterschiedlich stark von primären und sekundären Pflanzeninhaltsstoffen absorbiert wird. Das nicht absorbierte Licht wird von der Pflanze teilweise zurückgeworfen (Reflexion) und tritt teilweise durch die Pflanze hindurch (Transmission), wobei die entsprechenden Anteile von Pflanze zu Pflanze und von Wellenlänge zu Wellenlänge stark variieren können. So absorbieren viele primäre und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich stark. Dabei absorbieren einige Pflanzeninhaltsstoffe Licht in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich und andere in einem breiteren Wellenlängenbereich, wobei der Anteil der absorbierten Strahlung auch innerhalb des jeweiligen Wellenlängenbereichs variiert und in diesem Wellenlängenbereich ein Absorptionsmaximum oder mehrere lokale Absorptionsmaxima aufweist. Der Anteil der absorbierten Strahlung aufgetragen über die Wellenlänge ergibt für viele Pflanzeninhaltsstoffe einen mehr oder weniger charakteristischen Kurvenverlauf. Im Falle von mehreren Absorptionsmaxima über diesen Kurvenverlauf ist eines der Absorptionsmaxima meist absolut gesehen mit Abstand am größten. Aufgrund der Vielzahl der vorhandenen Pflanzeninhaltsstoffe und deren variierende Gehalte in der Pflanze kann nicht ohne Weiteres aus dem reflektierten, absorbierten und/oder transmittierten Licht einer bestimmten Wellenlänge auf den Gehalt eines sekundären Pflanzeninhaltsstoffs geschlossen werden.

Die Erfindung berücksichtigt jedoch, dass die Chlorophyll-Fluoreszenz (ChlF) einer Pflanze, insbesondere eines Blatts, davon abhängt, wieviel Licht überhaupt bis zu dem Chlorophyll im Palisadengewebe vordringt. Der Anteil dieses Lichts ist umso geringer, je mehr Licht bereits in der Epidermis durch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe absorbiert wird. Da dieser Zusammenhang bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich ausgeprägt auftritt, wird der wenigstens eine Teil der wenigstens einen Pflanze mit Licht von wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen und/oder von wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen bestrahlt. Als Antwort auf die Bestrahlung mit der ersten Wellenlänge oder dem ersten Wellenlängenbereich wird die Chlorophyll-Fluoreszenz bei einer bestimmten Wellenlänge und/oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich gemessen. Als Antwort auf die Bestrahlung mit der zweiten Wellenlänge oder dem zweiten Wellenlängenbereich erfolgt dasselbe. Bedarfsweise erfolgt als Antwort auf die Bestrahlung mit weiteren Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen ebenfalls dasselbe.

Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass zur Bestrahlung recht schmale Wellenlängenbereiche bevorzugt sind. Sind die Wellenlängenbereiche dagegen sehr breit, überlagern sich unterschiedliche Wechselwirkungen umso mehr. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn das Licht zur Bestrahlung des wenigstens einen Teils des Blatts, also die jeweilige Anregungsstrahlung wenigstens nahezu monochromatisch ist. Aus praktischen Gründen kann es zweckmäßig sein, den wenigstens einen Teil der wenigstens einen Pflanze mit Lichtquellen zu bestrahlen, die einen gewissen Wellenlängenbereich abstrahlen. So bieten sich hier insbesondere LED an, deren Licht nahezu, aber eben nicht unbedingt exakt monochromatisch ist, also nur eine Wellenlänge aufweist. Die Wellenlängenbereiche umfassen dabei vorzugsweise Wellenlängenintervalle von weniger als 100 nm, vorzugsweise weniger als 50 nm, insbesondere weniger als 20 nm, weiter insbesondere weniger als 10 nm.

Die so erhaltenen Messergebnisse der Chlorophyll-Fluoreszenz können genutzt werden, um auf den Gehalt wenigstens eines Pflanzeninhaltsstoffs zu schließen. Dabei kann die Chlorophyll-Fluoreszenz der Einfachheit halber über den gesamten Wellenlängenbereich der Chlorophyll-Fluoreszenz erfasst werden. Denkbar ist jedoch auch, die Chlorophyll-Fluoreszenz nur in einem bestimmten Wellenlängenbereich oder nur bei einer bestimmten Wellenlänge oder bei bestimmten Wellenlängen zu erfassen, etwa um eine genauere Auswertung zu ermöglichen. Bedarfsweise kann bei der Erfassung der Chlorophyll-Fluoreszenz alternativ oder zusätzlich auch das Spektrum der Chlorophyll-Fluoreszenz aufgenommen werden, wobei denkbar ist, dass die Wellenlängen bzw. der Wellenlängenbereich aufgenommen wird, bei der bzw. in dem die Chlorophyll-Fluoreszenz erfolgt. Es kann alternativ oder zusätzlich auch die Chlorophyll-Fluoreszenz in Abhängigkeit der Wellenlänge des Chlorophyll- Fluoreszenz-Spektrums, also die Verteilung bzw. die „Form“ der Chlorophyll- Fluoreszenz über der Wellenlänge, aufgenommen werden. Dabei kann die Ermittlung des Spektrums der Chlorophyll-Fluoreszenz auch auf einen Wellenlängenbereich beschränkt werden, der kleiner ist als der gesamte Wellenlängenbereich, in dem die Chlorophyll-Fluoreszenz erfolgt.

Die Aufnahme des Spektrums der Chlorophyll-Fluoreszenz kann beispielweise mit einer sogenannten hyperspektralen Kamera aufgenommen werden. Solche Kameras nehmen Bilder von sehr vielen, eng beieinanderliegenden Wellenlängen auf. Dadurch können bedarfsweise hyperspektrale Datenwürfel gebildet werden, die zwei räumliche Dimensionen (Raumrichtungen) und eine spektrale Dimension (Raumrichtung) aufweisen ln den hyperspektralen Datenwürfeln sind dann die Informationen über die Chlorophyll-Fluoreszenz, etwa als eine Art Antwortfunktion, zum Zwecke der Auswertung enthalten.

Das Spektrum der Chlorophyll-Fluoreszenz ist abhängig von pflanzenspezifischen Faktoren und Lichteffekten, etwa dem LHC (Light Harvesting Complex) oder dem NPQ (Non Photochemical Quenching). Anstelle ein Integral über das Spektrum der Chlorophyll-Fluoreszenz zu erzeugen und den Wert des Integrals als Grauwert auszugeben, kann alternativ oder zusätzlich auch das Spektrum der Chlorophyll- Fluoreszenz als solches zur Auswertung herangezogen werden. Für jede Anregungswellenlänge kann also bedarfsweise eine Vielzahl von Chlorophyll- Fluoreszenz-Werten für unterschiedliche Wellenlängen bis hin zu einem kontinuierlichen Fluoreszenzspektrum der weiteren Auswertung zugrunde gelegt werden.

Zudem kann es sich insbesondere anbieten, wenn eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenbereich zur Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze in der Nähe des absoluten Absorptionsmaximums des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs liegt. Dann wird durch den wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff nämlich besonders viel Licht absorbiert, und zwar umso mehr, je größer der Gehalt oder die Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs im Blatt, bzw. in der Epidermis des Blatts, ist. Wird eine weitere Wellenlänge oder ein weiterer Wellenlängenbereich so gewählt, dass bei dieser Wellenlänge oder in diesem Wellenlängenbereich keine oder nur eine sehr geringe Absorption des Lichts durch den wenigstens einen sekundären Pflanzeninhaltsstoff stattfindet, können diese Messwerte der Chlorophyll-Fluoreszenz besonders zweckmäßig zu einem Vergleich mit dem Ziel herangezogen werden, eine Aussage über den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs abzuleiten. Dies kann aber unter Umständen dadurch beeinträchtig werden, dass bei der letztgenannten Wellenlänge oder dem letztgenannten Wellenlängenbereich ein anderer sekundärer Pflanzeninhaltsstoff einen Großteil des Lichts absorbiert. Analog kann es aber auch zu einer Einschränkung bei der Ermittlung des Gehalts des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs kommen, wenn bei der erstgenannten Wellenlänge oder bei dem erstgenannten Wellenlängenbereich ein weiterer sekundärer Pflanzeninhaltsstoff variierenden Gehalts ein ausgeprägtes Absorptionsvermögen zeigt. Dann ist gegebenenfalls nicht eindeutig, auf welchen Pflanzeninhaltsstoff die Absorption der entsprechenden Wellenlänge oder des entsprechenden Wellenlängenbereichs zurückzuführen ist.

Im Übrigen ist bedarfsweise zu berücksichtigen, dass die Chlorophyll-Fluoreszenz nicht nur von der Wellenlänge der Anregungsstrahlung, sondern auch von der Intensität der Anregungsstrahlung ab hängt. Grundsätzlich ist die Chlorophyll- Fluoreszenz umso größer, je größer die Strahlungsintensität bei einer bestimmen Wellenlänge ist. Somit kann es grundsätzlich zweckmäßig sein, die Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz beispielsweise auf die Strahlungsintensität der Anregungsstrahlung zu normieren und/oder die Strahlungsintensität für alle oder jede der Anregungsstrahlungen festzulegen. Dann können besonders reproduzierbare Messergebnisse erhalten werden.

Die auf die entsprechende Art gewonnene Information über den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs kann ergänzend genutzt werden, um den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zu optimieren. Hierbei kann bedarfsweise auf Erfahrungen aus der Vergangenheit zurückgegriffen werden, welche Maßnahmen in welchen Fällen einen positiven Einfluss auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs hatten. Zudem kann das beschriebene Verfahren genutzt werden, um diese Zusammenhänge besser erkennen und verstehen zu können. Beispielsweise können über das Wachstum der Pflanzen hinweg die Wachstumsbedingungen beobachtet und/oder verändert werden und parallel dazu die Auswirkungen auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs mit dem entsprechenden Verfahren ermittelt werden. Der besseren Verständlichkeit halber und zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden nachfolgend die beiden Verfahren gemeinsam beschrieben, ohne jeweils im Einzelnen zwischen den Verfahren zu unterscheiden. Dem Fachmann ist jedoch anhand des Kontextes ersichtlich, welche Merkmale für welches Verfahren besonders bevorzugt sind.

Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zum Ermitteln des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff werden die gemessenen Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz miteinander und/oder mit Referenzwerten verglichen, um daraus beispielsweise anhand von Erfahrungswerten auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zu schließen. Dabei kann diesem Vergleich bevorzugt die Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wehenlängenbereiche zugrunde gelegt werden. Die Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche können nämlich einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Chlorophyll-Fluoreszenz haben. Mit anderen Worten lassen sich als Antwort der Bestrahlungen Antwortsignale in Form der Chlorophyll- Fluoreszenz für eine bestimmte Wellenlänge erstehen und vergleichen. Es lassen sich alternativ oder zusätzlich auch die Antwortsignale für einen Wellenlängenbereich der Chlorophyll-Fluoreszenz vergleichen. Ergänzend können zudem die Antwortsignale für unterschiedliche Wellenlängen und/oder Wehenlängenbereiche der Chlorophyll- Fluoreszenz jeweils separat verglichen werden. Um eine zuverlässigere Aussage zu erhalten, können zudem die Ergebnisse von Vergleichen für unterschiedliche Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche ergänzend untereinander verglichen werden.

Auf diese Weise kann auf den Gehalt wenigstens eines bestimmten sekundären Pflanzeninhaltsstoffs geschlossen werden. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass unterschiedliche Pflanzen oder Blätter auf die beschriebene Weise vermessen werden und anschließend eine chemische oder physikalische Analyse der Pflanzen oder Blätter mit konventionellen Verfahren erfolgt. So kann bedarfsweise eine Art Bibliothek aus Referenzwerten geschaffen werden, mit denen sich später reale Messergebnisse vergleichen und auf diese Weise auswerten lassen. Alternativ oder zusätzlich lassen sich mithilfe des beschriebenen Verfahrens und begleitender konventioneller Analysen bedarfsweise Korrelationen ermitteln, die später zur Ermittlung des Gehalts von Pflanzeninhaltsstoffen ohne ergänzende konventionelle Analyse herangezogen werden können.

Da bei der Lichtabsorption einer Pflanze, insbesondere eines Blatts, unterschiedliche Pflanzeninhaltsstoffe eine Rolle spielen, die je nach dem jeweiligen Zustand der Pflanze zudem unter Umständen stark variieren können, ist es besonders bevorzugt, die Bestrahlung nacheinander mit mehr als zwei, bedarfsweise möglichst vielen Wellenlängen vorzunehmen. So kann den unterschiedlichen Wechselwirkungen Rechnung getragen und aufgrund der ergänzenden Informationen aus den Chlorophyll-Fluoreszenzen zuverlässiger auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs geschlossen werden. Mithin kann der wenigstens eine Teil der Pflanze nacheinander mit Licht von wenigstens drei, vorzugsweise von wenigstens vier, insbesondere von wenigstens fünf, unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt werden, wobei als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze mit Licht von den wenigstens drei, vorzugsweise von den wenigstens vier, insbesondere von den wenigstens fünf, unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wehenlängenbereichs gemessen wird. Es versteht sich, dass die Bestrahlung auch mit deutlich mehr als fünf verschiedenen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen erfolgen kann. Man kann bei hinreichend hoher Anzahl an Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bedarfsweise einen nahezu kontinuierlichen Verlauf der Chlorophyll-Fluoreszenz über der Wellenlänge erzeugen, die sich dann mit an sich bekannten mathematischen Methoden besonders exakt auswerten lässt. Um genauere Aussagen über den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs treffen zu können, bietet es sich grundsätzlich an, wenn wenigstens eine der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche wenigstens im Wesentlichen im Bereich des Absorptionsmaximums von einem Pflanzeninhaltsstoff liegt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das wenigstens eine Absorptionsmaximum von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff gewählt wird, von dem der Gehalt zu ermitteln ist. Es kann zudem, insbesondere bei der Verwendung von mehreren Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen vorgesehen sein, das wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche wenigstens im Wesentlichen im Bereich des Absorptionsmaximums von wenigstens zwei, insbesondere von wenigstens drei, Pflanzeninhaltsstoffen gewählt werden. Auch hier können die Absorptionsmaxima wenigstens teilweise von Pflanzeninhaltsstoffen gewählt werden, von denen der Gehalt zu ermitteln ist. Es versteht sich weiter, dass analog auch vier, fünf, sechs oder mehr Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche ausgewählt werden können.

Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche wenigstens im Wesentlichen im Bereich des Absorptionsmaximums von einem Chlorophyll gewählt werden. Auf diese Weise kann der dem Absorptionsmaximum des wenigstens einen Chlorophylls zugeordnete Wert der Chlorophyll-Fluoreszenz als Referenzwert für die Ermittlung des Gehalts von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff verwendet werden. Es ist auch denkbar, dass die ermittelten Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz basierend auf der Chlorophyll- Fluoreszenz für das Absorptionsmaximum von Chlorophyll normiert werden.

Wenn aus den gemessenen Werten der Chlorophyll-Fluoreszenz eine Antwortfunktion in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche aufgenommen wird, lässt sich diese einfach, reproduzierbar und schnell mit an sich bekannten mathematischen Methoden auswerten. Dabei kann bedarfsweise die Antwortfunktion durch einen Vergleich mit Referenzantwortfunktionen ausgewertet werden. Die Referenzantwortfunktionen können dabei insbesondere einer Referenzbibliothek für entsprechende Antwortfunktionen entnommen werden, denen bestimmte Gehalte des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zugeordnet sind. Der Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs entspricht dabei beispielsweise in etwa dem der Referenzantwortfunktion zugeordneten Gehalt, die mit der aufgenommenen Antwortfunktion am besten übereinstimmt. Alternativ oder zusätzlich kann anhand der wellenlängenabhängigen Antwortfunktion ein Kurvenfitting vorgenommen werden, das auch als Kurvenanpassung oder Ausgleichsrechnung bezeichnet wird. Auf diese Weise lassen sich bestimmte Parameter einer bestimmten Kurvenfunktion errechnen, die mit dem Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs korrelieren. Bedarfsweise kann die Kurvenfunktion, etwa ein bestimmtes Polynom, vorgegeben werden. Es kann aber auch ermittelt werden, welche Kurvenfunktion am genauesten an die Antwortfunktion angepasst werden kann. Die Information über die entsprechende Kurvenfunktion und die dementsprechenden Parameter können dann mit dem Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs korrelieren. Dabei kann die Methode der Minimierung der Fehlerbetragsabweichung, der Minimierung der Fehlerquadratsabweichung und höhere Potenzen, der Minimierung der Differenz zwischen den Einzelwertbeträgen genutzt werden, die an sich bekannt sind.

Wenn Antwortfunktionen Bx für unterschiedliche Konzentrationen (c) aller relevanten Pflanzeninhaltsstoffe X, und zwar nach Möglichkeit unabhängig voneinander, aufgenommen werden, lässt sich damit die Konzentrationsabhängigkeit der Antwortfunktionen für die Pflanzeninhaltsstoffe ermitteln. Diese können dann in einer Bibliothek abgelegt werden, so dass diese als Basis einer Kurvenfunktion für das Kurvenfitting herangezogen werden können, da die aufgenommene Antwortfunktion potentiell als Überlagerung von Antwortfunktionen von den einzelnen Pflanzeninhaltsstoffen angesehen werden kann. Die Kurvenfunktion könnte dann die folgende Form haben, an die die gemessene Antwortfunktion M(l) angenähert werden kann:

BReferenz (l) = a(c) * Bi(l) + b(c) * Bp(l) + c(c) * Bip(l) + d(c) * Bin(l) + ... + n(c) * Bc(l) Dabei kann für die Abhängigkeit von der Konzentration c des Pflanzeninhaltsstoffs X der Antwortfunktionen Bx der jeweiligen Pflanzeninhaltsstoffe X folgende Beziehung gelten:

Bc(l,o) = n(c) * Bc(l) mit n = px (c)

Die Antwortfunktionen der Pflanzeninhaltsstoffe für die Bibliothek könnten dabei insbesondere separat anhand eines im Labor nachgebildeten sogenannten künstlichen Blatts in Abhängigkeit der Wellenlänge der Bestrahlung ermittelt werden. Das künstliche Blatt könnte eine künstliche Epidermis-Schicht und eine künstliche Schicht Palisadengewebe aufweisen, die den tastsächlichen Schichten eines realen Blatts nachempfunden sein und jeweils vorbestimmte Konzentrationen an Chlorophyll in der künstlichen Schicht des Palisadengewebes und dem entsprechenden sekundären Pflanzeninhaltsstoff in der künstlichen Epidermis-Schicht aufweisen können. Zu berücksichtigen ist dabei, dass sich unterschiedliche Pflanzen und unterschiedliche Blätter einer Pflanze hinsichtlich ihres Blattaufbaus unterscheiden können, so dass nur bedingt von einer Art Blatt auf eine andere Art Blatt bzw. von einer Pflanze auf eine andere Pflanze geschlossen werden kann.

Alternativ oder zusätzlich lässt sich anhand der über die Zeit der Bestrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen aufgenommenen Frequenzen mittels einer Fourier Transformation, insbesondere Fast Fourier Transformation (FFT) ein Frequenzspektrum ermitteln, welches einem Vergleich zugrunde gelegt werden kann. Dabei erfolgt die Fourier Transformation hier nicht an einem zeitabhängigen, sondern an einem wellenlängenabhängigen Signal, insbesondere an einer solchen Antwortfunktion. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Kurvendiskussion anhand der Antwortfunktion ausgeführt und ausgewertet werden. Rückschlüsse auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs können dann anhand von Maxima, Minima, Wendepunkten, Steigungen und/oder Krümmungen, insbesondere in bestimmten Bereichen der Antwortfunktion, gezogen werden. Denkbar ist auch, dass Integrale und/oder Teilintegrale der Antwortfunktionen Rückschlüsse auf den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs ermöglichen.

Die Erfassung der Chlorophyll-Fluoreszenz kann auch ortsabhängig bzw. ortsaufgelöst erfolgen, so dass sich unterschiedliche Stellen eines Blatts, unterschiedliche Stellen einer Pflanze und/oder unterschiedliche Pflanzen separat bei den unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen der Bestrahlung betrachten und auswerten lassen. Mithin kann als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze mit Licht einer jeden Wellenlänge und/oder mit einem jeden Wellenlängenbereich jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wellenlängenbereichs an unterschiedlichen Orten des wenigstens einen Teils der Pflanze gemessen werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich lokale Unterschiede gegenseitig überlagern und zu einer ungenauen Bestimmung des Gehalts oder der Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs führen. Alternativ oder zusätzlich kann der Gehalt oder die Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs gezielt an bestimmten Stellen eines Blatts, unterschiedliche Stellen einer Pflanze und/oder unterschiedliche Pflanzen untersucht werden. Dabei bietet es sich für eine ortsaufgelöste Aufnahme der Chlorophyll- Fluoreszenz an, wenn die Chlorophyll-Fluoreszenz mittels eines entsprechenden Sensors, vorzugsweise einer Kamera, insbesondere einer IR-Kamera und/oder einer hyperspektralen Kamera, erfasst wird. In den letztgenannten Fällen lässt sich die Chlorophyll-Fluoreszenz an unterschiedlichen Pixeln und/oder Pixelbereichen der von der Kamera aufgenommenen Bilder separat messen.

In diesem Zusammenhang bietet es sich an, wenn die gemessenen Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz für jeden Ort, insbesondere für jedes Pixel und/oder jeden Pixelbereich, separat miteinander und/oder mit Referenzwerten verglichen werden. Dabei ist der Vergleich tendenziell umso aussagekräftiger, wenn in entsprechenden Werten der Chlorophyll-Fluoreszenz in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen mit den Referenzwerten verglichen werden. So kann eine ortsabhängige Erfassung des Gehalts des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich können aus den gemessenen Werten der Chlorophyll-Fluoreszenz für jeden Ort, insbesondere für jedes Pixel und/oder jeden Pixelbereich, separat Antwortfunktionen in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen aufgenommen werden. Diese Antwortfunktionen lassen sich dann besonders zweckmäßig, insbesondere mit bekannten mathematischen Methoden, auswerten. Dabei kann die Auswertung beispielsweise und in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die jeweiligen, den einzelnen Orten, insbesondere Pixeln, zugeordneten Antwortfunktionen durch einen Vergleich mit Referenzantwortfunktionen, durch ein Kurvenfitting bzw. durch eine Kurvenanpassung oder Ausgleichsrechnung und/oder durch eine Kurvendiskussion ausgewertet werden. Hierbei werden insbesondere die bereits zuvor in diesem Zusammenhang angegebenen Vorteile erreicht.

Besonders zweckmäßig ist es für die Produktion geeigneter Pflanzen, wenn der Gehalt von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem Teil eines Blatts einer Pflanze, eines Blatts einer Pflanze, mehreren Blättern einer Pflanze, allen Blättern einer Pflanze, einer gesamten Pflanze, wenigstens Teilen von mehreren Pflanzen oder von mehreren Pflanzen insgesamt bestimmt wird. In diesem Zusammenhang sollte der entsprechende Bereich der wenigstens einen Pflanze mit den unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt und die Chlorophyll-Fluoreszenz der entsprechenden Bereiche gemessen werden. Mithin kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil eines Blatts einer Pflanze, ein Blatt einer Pflanze, mehrere Blätter einer Pflanze, alle Blätter einer Pflanze, eine gesamte Pflanze, wenigstens Teile von mehreren Pflanzen oder mehrere Pflanzen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche bestrahlt wird und dass die Chlorophyll-Fluoreszenz einer bestimmten Wellenlänge und/oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs des wenigstens einen Teils eines Blatts einer Pflanze, eines Blatts einer Pflanze, mehrerer Blätter einer Pflanze, allen Blättern einer Pflanze, einer gesamten Pflanze, wenigstens Teilen von mehreren Pflanzen oder von mehreren Pflanzen gemessen wird.

Bedarfsweise kann die Chlorophyll-Fluoreszenz mittels einer Kamera aufgenommen und die Bilder der Kamera bzw. bestimmte Pixel oder Pixelbereiche der Bilder der Kamera in Grauwerte umgewandelt bzw. umgerechnet werden. Den entsprechenden Grauwerten können dann Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz zugeordnet sein. Insbesondere können hierzu vorab für bestimmte bekannte Werte der Chlorophyll- Fluoreszenz die zugehörigen Grauwerte ermittelt werden, um so später von erfassten Grauwerten auf konkrete Chlorophyll-Fluoreszenzen zurückschließen zu können.

Besonders zweckmäßig ist es, lebende Pflanzen oder Teile von lebenden Pflanzen mit dem entsprechenden Verfahren zu untersuchen, wobei auch die entsprechenden Teile nicht von der Pflanze getrennt oder anderweitig nachhaltig und irreversibel gestört werden. Mit anderen Worten erfolgt das Ermitteln von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff von wenigstens einem Teil einer Pflanze in vivo. Es wird daher auch durch sehr viele Untersuchungen der genannten Art die künftig zu erntende Biomasse nicht oder wenigstens nicht nennenswert verringert. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, nicht oder nicht nur den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zu bestimmen, sondern eine Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs in der Pflanze und/oder in einem bestimmten Teil der Pflanze zu ermitteln. Meist ist die Konzentration nicht über ein bestimmtes Maximum zu steigern, was für die Ernte der Pflanzen von besonderer Bedeutung ist.

Um die Ermittlung des Gehalts und/oder der Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zu verbessern, kann der wenigstens eine Teil der Pflanze nacheinander mit gepulstem Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt werden. Die so erhaltenen Werte der Chlorophyll- Fluoreszenz sind dann reproduzierbarer. Des Weiteren kann die Chlorophyll- Fluoreszenz wahlweise in Transmission und/oder Reflexion bezogen auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze erfolgen. Einfacher ist jedoch meist die Anordnung der wenigstens einen Strahlenquelle und des wenigstens einen Sensors oberhalb der wenigstens einen Pflanze. Hier kommt es auch weniger wahrscheinlich zu unerwünschten Abschattungseffekten. Mithin wird in vielen Fällen die Erfassung der Chlorophyll-Fluoreszenz in Reflexion bevorzugt sein.

Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zum Optimieren des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff wenigstens einer Pflanze zum Zeitpunkt der Ernte der wenigstens einen Pflanze wird der Erntezeitpunkt nach dem ermittelten Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs des wenigstens einen Teils der wenigstens einen Pflanze gewählt. Ist der entsprechende Gehalt des Pflanzeninhaltsstoffs nicht zufriedenstellend, wird noch mit der Ernte abgewartet und bedarfsweise in der Zwischenzeit versucht, den Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs zu steigern, wozu bedarfsweise die Wachstumsbedingungen angepasst werden können. Die Wachstumsbedingungen der Pflanzen können die Feuchtigkeit, die Lichtintensität, der Lichtwellenlängenbereich, die Temperatur, der C02-Gehalt der Luft, die Nährstoffversorgung und der Tag-Nacht-Zyklus sein.

Alternativ oder zusätzlich kann aber auch wenigstens eine Wachstumsbedingung der wenigstens einen Pflanze anhand des ermittelten Gehalts des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff der Pflanze nach vorgegebenen Kriterien gesteuert, insbesondere geregelt, werden. Auf diese Weise lässt sich der Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs gezielt steigern. Dies kann beispielweise zu bestimmten geeigneten Wachstumsphasen der Pflanzen erfolgen oder erst kurz vor der Ernte. Beispielsweise kann so einerseits durch geeignete Wachstumsbedingungen ein starkes Wachstum der Pflanze erreicht werden und andererseits zu bestimmten Zeitpunkten die Produktion der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe angeregt werden. Diese Zielstellungen sind meist gegenläufig, weil ein starkes Größenwachstum meist bei geringem Stress der Pflanzen eintritt, während die Produktion von bestimmten sekundären Pflanzeninhaltsstoffen durch Stress der Pflanze angekurbelt wird. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert ln der Zeichnung zeigt,

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2A-B das Absorptionsvermögen von Chlorophyll sowie die Chlorophyll- Fluoreszenz in Anhängigkeit der Wellenlänge,

Fig. 3 die mit dem Verfahren gemäß Fig. 1 erfasste Chlorophyll-Fluoreszenz eines Blattes in Abhängigkeit der Wellenlänge der Anregungsstrahlung,

Fig. 4A-B alternative Ausgestaltungen des prinzipiell in der Fig. 1 dargestellten Verfahrens und

Fig. 5 beispielhafte Spektren der Chlorophyll-Fluoreszenz. ln der Fig. 1 ist schematisch ein Verfahren zum Ermitteln des Gehalts wenigstens eines Pflanzeninhaltsstoffs 1 eines Blatts 2 einer Pflanze 3 dargestellt. Das Blatt 2 weist oberflächennah eine als Epidermis 4 bezeichnete Schicht auf, in der unter anderem sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe 1 enthalten sind. Unterhalb dieser Epidermis 4 weist das Blatt 2 eine als Palisadengewebe 5 bezeichnete Schicht auf, in der Chlorophyll 6, hier die beiden Arten Chlorophyll a und Chlorophyll b, enthalten ist. Das entsprechende Blatt 2 wird nacheinander mit Strahlung 7, der Anregungsstrahlung, in Form von Licht unterschiedlicher Wellenlänge li - 1A bestrahlt, wozu bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Verfahren unterschiedliche Strahlungsquellen 8 in Form von LEDs verwendet werden. Das Licht bzw. die Anregungsstrahlung 7 wird von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen 1 auf seinem Weg in das Palisadengewebe 5 des Blatts 2 teilweise in der Epidermis 4 des Blatts 2 absorbiert. Dieser in der Epidermis 4 absorbierte und der gegebenenfalls reflektierte Teil der Strahlung 7 gelangt folglich nicht bis in das Palisadengewebe 5 und bis zum dortigen Chlorophyll 6 im Blatt hinein. Im Palisadengewebe 5 wird der restliche Teil der Strahlung 7 wiederum teilweise absorbiert. Das Chlorophyll 6 kann aber nicht die gesamte Strahlungsenergie zur Photosynthese nutzen und emittiert einen Teil der absorbierten Strahlungsenergie in Form der sogenannten Chlorophyll- Fluoreszenz 9 (ChlF). Die Intensität der Chlorophyll-Fluoreszenz 9 ist dabei von der Strahlungsintensität, die auch als Strahlungsstärke bezeichnet wird, und von der Wellenlänge l der Anregungsstrahlung 7 abhängig.

Die Chlorophyll-Fluoreszenz 9 wird für jede der Anregungsstrahlungen 7 mit Hilfe eines Sensors 10 erfasst und zwar vorliegend in Reflexion, also von derselben Seite des Blatts 2, von der das Blatt 2 mit der Anregungsstrahlung 7 bestrahlt worden ist. Bei dem Sensor 10 zur Erfassung der Chlorophyll-Fluoreszenz 9 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine IR- Kamera (Infrarot- Kamera). Der Sensor 10 erfasst Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich. Es werden sodann jeweils Wertepaare von Chlorophyll-Fluoreszenz 9 und Anregungsstrahlung 7 gebildet, die zur weiteren Auswertung herangezogen werden.

Dabei ist die von dem Sensor 10 aufgenommene Intensität der Chlorophyll- Fluoreszenz 9 grundsätzlich umso größer, je mehr Strahlung vom Chlorophyll 6 absorbiert wird. Aus diesem Grund nimmt die Chlorophyll-Fluoreszenz 9 tendenziell ab, wenn mehr Strahlung in der Epidermis 4 absorbiert wird und wenn die Strahlungsintensität der Anregungsstrahlung 7 herabgesetzt wird. Dabei nimmt der Anteil der absorbierten Strahlung 7 grundsätzlich mit dem Gehalt der die Strahlung 7 der jeweiligen Wellenlänge l wenigstens teilweise absorbierenden Pflanzeninhaltsstoffe 1 ab. Da der Gehalt der Pflanzeninhaltsstoffe 1 während der Messung an einem Teil einer Pflanze 3, wie an einem Blatt 2 der Pflanze 3, konstant bleibt, die Pflanzeninhaltsstoffe 1 die Strahlung 7 der unterschiedlichen Strahlungsquellen 8 aber in den unterschiedlichen Wehenlängenbereichen unterschiedlich stark absorbieren, kann auf die beschriebene Weise eine charakteristische Antwortfunktion 11 auf die Bestrahlung als die Wehenlängenabhängigkeit der Chlorophyll-Fluoreszenz 9 erhalten werden. Die unterschiedliche Strahlungsintensität der Strahlung 7 infolge unterschiedlicher Absorption und unterschiedlich starker Chlorophyll-Fluoreszenz 9 ist in der Fig. 1 durch die unterschiedlichen Strichstärken der die entsprechenden Anregungsstrahlungen 7 und die Chlorophyll-Fluoreszenz 9 kennzeichnenden Pfeile veranschaulicht. ln der Fig. 2A ist die wellenlängenabhängige Absorption von Chlorophyll a 6.1 und Chlorophyll b 6.2 sowie die wellenlängenabhängige Chlorophyll-Fluoreszenz 9 dargestellt. Die Chlorophyll-Fluoreszenz 9 umfasst Wellenlängen von größer 650 nm, während die absoluten Absorptionsmaxima im Bereich zwischen 400 nm und 500 nm liegen ln der Fig. 2B ist dagegen die wellenlängenabhängige Absorption von exemplarischen sekundären Pflanzeninhaltsstoffen 1.1-1.3, dargestellt, die jeweils unterschiedliche lokale Absorptionsmaxima aufweisen. Mithin ist die Chlorophyll- Fluoreszenz 9 in hohem Maße von der Anregungswellenlänge l und der Zusammensetzung des untersuchten Blatts, insbesondere von den Gehalten bzw. Konzentrationen der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe 1, abhängig. ln der Fig. 3 sind exemplarisch Antwortfunktionen 11 über der Wellenlänge l der Anregungsstrahlung 7 dargestellt, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren für unterschiedliche Konzentrationen cl-c3 eines bestimmten Pflanzeninhaltsstoffs 1 in der Epidermis 4 eines künstlich nachempfundenen Blatts aufgenommen worden ist. Dabei sind die absoluten Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz 9 mit steigender Konzentration nicht nur geringer, die Form der Antwortfunktion 11 variiert auch in gewissem Maße mit der Konzentration des Pflanzeninhaltsstoffs 1. Aus diesem Grunde kann die entsprechende Antwortfunktion 11, insbesondere nach einer Normierung auf gleiche Strahlungsintensität, mit Antwortfunktionen aus einer Bibliothek für bekannte Konzentrationen der Pflanzeninhaltsstoffe 1 verglichen werden. Dabei kann es sich anbieten, nicht die aufgenommene Antwortfunktion 11 der Chlorophyll-Fluoreszenz 9 selbst, sondern eine an die aufgenommene, gegebenenfalls, insbesondere auf die Strahlungsintensität, normierte Antwortfunktion 1 angenäherte bzw. gefittete Funktion 12 mit den Funktionen einer Bibliothek zu vergleichen. Hier kommt weiter insbesondere ein Vergleich bestimmter Parameter der entsprechenden Funktionen, beispielsweise in Form von Polynomen, in Frage. Die in der Bibliothek hinterlegten Antwortfunktionen 11 können ebenfalls an künstlich nachempfundenen Blättern aufgenommen worden sein, weil sich so unterschiedliche Zusammensetzungen, insbesondere der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe 1, leicht einstellen lassen. Es können die Antwortfunktionen 11 alternativ oder zusätzlich auch an realen Blättern 2 ermittelt werden und die Zusammensetzung der untersuchten Blätter 2 auf konventionellem Wege analysiert werden. So können gegebenenfalls realistischere Antwortfunktonen 11 erhalten und/oder die an künstlichen Blättern ermittelten Antwortfunktionen 11 wenigstens teilweise verifiziert werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass, ebenfalls bedarfsweise nach einer Normierung der Antwortfunktion 11, wenigstens ein charakteristischer Wert der Antwortfunktion 11 bestimmt wird. Dies kann beispielsweise eine Steigung der Antwortfunktion 11 in einem bestimmten Wellenlängenbereich und/oder das Verhältnis von bestimmten lokalen Maxima der Antwortfunktion 11 sein. Ein solcher charakteristischer Parameter könnte auch ein Integral bzw. ein Teilintegral in einem bestimmten Wellenlängenbereich sein. Weiter ist denkbar, dass es zweckmäßig ist, zur Ermittlung unterschiedlicher Pflanzeninhaltsstoffe 1 unterschiedliche charakteristische Werte zu ermitteln bzw. mit entsprechenden Werten einer Bibliothek zu vergleichen.

Die Fig. 4A-B betreffen alternative Ausgestaltungen des prinzipiell in der Fig. 1 dargestellten Verfahrens. Dabei wird gemäß der schematischen Darstellung der Fig. 4A nicht nur ein einzelnes Blatt 2 oder ein bestimmter Abschnitt eines Blatts 2 zur Erzeugung einer charakteristischen Chlorophyll-Fluoreszenz 9 mit unterschiedlichen Anregungs weilenlängen 7 bestrahlt. Es wird vielmehr die gesamte Pflanze 3 bestrahlt. Dabei werden vorzugsweise die Richtung der Bestrahlung und die Richtung, aus der die Chlorophyll-Fluoreszenz 9 erfasst wird, vorgegeben, um dieselbe Pflanze 3 zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit dem entsprechenden Verfahren hinsichtlich des Gehalts wenigstens eines Pflanzeninhaltsstoffs 1 zu untersuchen. Da sich die Zusammensetzung der Pflanzeninhaltsstoffe 1 bei einer Pflanze 3 von Blatt 2 zu Blatt 2 deutlich unterscheiden kann, kann es sich zur Erhöhung der Aussagekraft und/oder zur Vermeidung von vielen Einzelmessungen an vielen Einzelblättern 2 anbieten, gleich die ganze Pflanze 3 zu untersuchen. Wenn bestimmte Pflanzenarten auf einer großen Fläche in großer Zahl angepflanzt werden, kann es sich weiter anbieten, wenn gleich eine ganze Gruppe von Pflanzen 3 jeweils gemeinsam untersucht wird. Dies ist schematisch in der Fig. 4B darstellt. So wird dem Umstand Rechnung getragen, dass sich die Gehalte von bestimmten Pflanzeninhaltsstoffen 1 von Standort zu Standort stark unterscheiden können. Der Einfachheit und Reproduzierbarkeit halber bietet sich die gemeinsame Untersuchung einer, insbesondere großen, Gruppe von Pflanzen

3 insbesondere in einem Gewächshaus 13 an.

In der Fig. 5 sind beispielhafte Spektren der Chlorophyll-Fluoreszenz dargesteht.

Bezugszeichenliste

1 Pflanzeninhaltsstoff

2 Blatt

3 Pflanze

4 Epidermis

5 Palisadengewebe

6 Chlorophyll

7 Anregungswehenlänge

8 Strahlungsquelle

9 Chlorophyll-Fluoreszenz

10 Sensor

11 Antwortfunktion

12 Funktion

13 Gewächshaus

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Ermitteln des Gehalts von wenigstens einem Pflanzeninhaltsstoff (1) von wenigstens einem Teil einer Pflanze (3),

- bei dem der wenigstens eine Teil der Pflanze (3) nacheinander mit Licht (7) unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt wird und

- bei dem als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze (3) mit Licht (7) einer jeden Wellenlänge und/oder mit einem jeden Wellenlängenbereich jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wellenlängenbereichs gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gemessenen Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz (9), vorzugsweise in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche, miteinander und/oder mit Referenzwerten verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

- bei dem der wenigstens eine Teil der Pflanze (3) nacheinander mit Licht (7) von wenigstens drei, vorzugsweise von wenigstens vier, insbesondere von wenigstens fünf, unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen bestrahlt wird und

- bei dem als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze (3) mit Licht (7) von den wenigstens drei, vorzugsweise von den wenigstens vier, insbesondere von den wenigstens fünf, unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wehenlängenbereichs gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

- bei dem wenigstens eine, vorzugsweise wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche wenigstens im Wesentlichen im Bereich des Absorptionsmaxima von einem Pflanzeninhaltsstoff (1), vorzugsweise von wenigstens zwei Pflanzeninhaltsstoffen (1), insbesondere von wenigstens drei Pflanzeninhaltsstoffen (1), gewählt wird und

- bei dem, vorzugsweise, das wenigstens eine Absorptionsmaximum von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff (1) gewählt wird, von dem der Gehalt zu ermitteln ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

- bei dem wenigstens eine der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche wenigstens im Wesentlichen im Bereich der Absorptionsmaxima von einem Chlorophyll (6) gewählt wird und

- bei dem, vorzugsweise, der den Absorptionsmaxima des wenigstens einen Chlorophylls (6) zugeordnete Wert der Chlorophyll-Fluoreszenz (9) als Referenzwert für die Ermittlung des Gehalts von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff (1) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

- bei dem aus den gemessenen Werten der Chlorophyll-Fluoreszenz (9) eine Antwortfunktion (11) in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen aufgenommen wird und

- bei dem, vorzugsweise, die Antwortfunktion durch einen Vergleich mit Referenzantwortfunktionen, ein Kurvenfitting und/oder eine Kurvendiskussion ausgewertet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

- bei dem als Antwort auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze (3) mit Licht (7) einer jeden Wellenlänge und/oder mit einem jeden Wellenlängenbereich jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) wenigstens im Wesentlichen derselben Wellenlänge und/oder wenigstens im Wesentlichen desselben Wellenlängenbereichs an unterschiedlichen Orten des wenigstens einen Teils der Pflanze (3) gemessen wird und

- bei dem, vorzugsweise, die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) mittels eines Sensors (10), vorzugsweise einer Kamera, insbesondere einer IR-Kamera und/oder einer hyperspektralen Kamera, erfasst und jeweils die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) unterschiedlicher Pixel und/oder Pixelbereiche separat gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

- bei dem die gemessenen Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz (9) für jeden Ort, insbesondere für jedes Pixel und/oder jeden Pixelbereich, separat, vorzugsweise in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche, miteinander und/oder mit Referenzwerten verglichen werden und/oder

- bei dem aus den gemessenen Werten der Chlorophyll-Fluoreszenz (9) für jeden Ort, insbesondere für jedes Pixel und/oder jeden Pixelbereich, separat Antwortfunktionen (11) in Abhängigkeit der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche aufgenommen und, vorzugsweise, die jeweiligen den einzelnen Orten, insbesondere Pixeln und/oder Pixelbereichen, zugeordneten Antwortfunktionen (11) durch einen Vergleich mit Referenzantwortfunktionen, ein Kurvenfitting und/oder eine Kurvendiskussion ausgewertet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

- bei dem das Ermitteln von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff (1) in von wenigstens einem Teil eines Blatts (2) einer Pflanze (3), eines Blatts (2) einer Pflanze (3), mehreren Blättern (2) einer Pflanze (3), allen Blättern (2) einer Pflanze (3), einer gesamten Pflanze (3), wenigstens Teilen von mehreren Pflanzen (3) oder von mehreren Pflanzen (3) insgesamt erfolgt,

- bei dem wenigstens einen Teil eines Blatts (2) einer Pflanze (3), ein Blatt (2) einer Pflanze (3), mehrere Blätter (2) einer Pflanze (3), alle Blätter (2) einer Pflanze (3), eine gesamte Pflanze (3), wenigstens Teile von mehreren Pflanzen (3) oder mehrere Pflanzen (3) mit Licht (7) unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche bestrahlt werden und

- bei dem die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) einer bestimmten Wellenlänge und/oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs des wenigstens einen Teils eines Blatts (2) einer Pflanze (3), eines Blatts (2) einer Pflanze (3), mehrerer Blätter (2) einer Pflanze (3), allen Blättern (2) einer Pflanze (3), einer gesamten Pflanze (3), wenigstens Teilen von mehreren Pflanzen (3) oder von mehreren Pflanzen (3) gemessen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Werte der Chlorophyll-Fluoreszenz (9) aus Grauwerten von mittels einer Kamera erfassten Bildern und/oder Pixeln ermittelt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

- bei dem das Ermitteln von dem wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff (1) von wenigstens einem Teil einer Pflanze (3) in vivo erfolgt und/oder

- bei dem eine Konzentration des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs (1) ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

- bei dem der wenigstens eine Teil der Pflanze (3) nacheinander mit gepulstem Licht (7) unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche bestrahlt wird und/oder

- bei dem die Chlorophyll-Fluoreszenz (9) in Transmission bezogen auf die Bestrahlung des wenigstens einen Teils der Pflanze in Transmission und/oder Reflexion erfolgt.

13. Verfahren zum Optimieren des Gehalts von wenigstens einem

Pflanzeninhaltsstoff (1) wenigstens einer Pflanze (3) zum Zeitpunkt der Ernte der wenigstens einen Pflanze (3), - bei dem der Gehalt des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs (1) von wenigstens einem Teil der wenigstens einen Pflanze (3) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ermittelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Erntezeitpunkt nach dem ermittelten Gehalt des wenigstens einen

Pflanzeninhaltsstoffs (1) des wenigstens einen Teils der wenigstens einen Pflanze (3) gewählt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem wenigstens eine Wachstumsbedingung der wenigstens einen Pflanze (3) anhand des ermittelten Gehalts des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoff (1) der Pflanze (3) nach vorgegebenen Kriterien gesteuert wird und/oder bei dem wenigstens eine Wachstumsbedingung der wenigstens einen Pflanze (3) anhand des ermittelten Gehalts des wenigstens einen Pflanzeninhaltsstoffs (1) der Pflanze (3) nach vorgegebenen Kriterien geregelt wird.