Etablierung eines validierten Verfahrens zur Bestimmung der Effektstärke von Sorten und Aussaatstärke auf die Blattwinkelverteilung von Weizen

Abstract

Die Blattwinkelverteilung ist ein wichtiger phänotypischer Parameter von Pflanzen, welcher die Lichtabsorption und somit auch das Wachstum und die Ertragsmenge von Nutzpflanzen beeinflusst. Eine Bestimmung der Blattwinkelverteilung ist aufwendig und zeitintensiv. In dieser Arbeit erfolgt die Berechnung der Blattwinkelverteilung auf Grundlage eines virtuellen Blattmodells. Einen wesentlichen Aspekt der Arbeit stellte die Evaluierung der Softwareimplementierung dar. Anhand unterschiedlicher Evaluierungsobjekte wurde das Verfahren evaluiert. Die systematischen und nicht-systematischen Fehler wurden für die Parameter des Pflanzenmodells bestimmt. Die Evaluations-Experimente zeigten eine sehr hohe Genauigkeit der Rekonstruktion für Neigungswinkel bis 75°. Bei höheren Neigungswinkeln waren aus den Aufnahmen nahezu keine Punkte auf der Kugeloberfläche rekonstruierbar. Die Blattbreite wurde mit einem absoluten systematischen Fehler von 0,33 mm und einem nicht-systematischen Fehler von 1,66 mm rekonstruiert. Bei der Blattachsenlänge betrug der systematisch Fehler 2,22 mm und der nicht-systematische Fehler 7,4 mm. Für die zugehörige Blattfläche stieg der systematische Fehler auf 195,8 mm² und war größer als der nicht-systematische Fehler von 107,6 mm². Für ein gebogenes Blattmodell konnten der Insertionswinkel und die Blattwinkelverteilung ermittelt werden. Für den Insertionswinkel lag der Concordance Correlation Coefficient bei 76,9% (p-Wert = 5,11 * 10-6). Der mittlere Neigungswinkel wies einen systematischen Fehler von 1,1° und einen nicht-systematischen Fehler von 3,3° auf. Die Blattwinkelverteilung konnte mit einem mittleren Fehler von etwa 2° bestimmt werden. Das entwickelte Verfahren wurde abschließend in einem Feldexperiment eingesetzt, um die Effektstärke unterschiedlicher Weizensorten und Aussaatstärken auf die Blattwinkelverteilung von Weizen zu ermitteln. Die Blattwinkelverteilungen wurden durch eine Beta-Verteilungsfunktion approximiert, ein gängiges Verfahren zur 2-parametrigen Darstellung, welche wiederum als Grundlage für die Berechnung der Effektstärke dient. Die Analyse der Blattwinkelverteilung und ermittelten Beta-Funktion ergab einen durchschnittlichen Concordance Correlation Coefficient von 66%. Der Definition von Cohen zufolge beschreiben Werte > 0,5 eine starke Übereinstimmung zwischen den betrachteten Datensätzen. Basierend auf einer Analyse der Beta-Funktion Parameter konnte gezeigt werden, dass die unterschiedlichen Sorten einen kleinen Effekt auf die Blattwinkelverteilung haben. Die Aussaatstärken zeigten ebenfalls einen kleinen Effekt auf die Blattwinkelverteilung. Eine Hauptkomponentenanalyse zeigte zudem, dass weder die Sorten noch die Aussaatstärken eindeutig clustern. Insgesamt variierten die berechneten Parameter sehr stark über den unterschiedlichen Plots, sodass die Sorten- und Aussaateffekte wahrscheinlich überdeckt wurden.