Zmiana klimatu stanowi poważne wyzwanie dla hodowców. Inteligentny robot terenowy i technologia rentgenowska pomagają im wybrać do selekcji próbki roślin odpornych na wysoką temperaturę. Czujniki w zaawansowanej technologicznie maszynie zostały opracowane przez Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskiej im. Fraunhofera, oddział Instytutu Układów Scalonych IIS im. Fraunhofera. Portal Phys.org.
Lato robi się coraz gorętsze. Tylko tego lata Niemcy doświadczyły ekstremalnych upałów, z temperaturami sięgającymi nawet 40°C. Susza dotknęła również rośliny.
Przy wystarczającej ilości wody rośliny można schłodzić przez odparowanie. Jednak nie mogą tego zrobić, gdy są zestresowani suszą. Dlatego hodowcy mają nadzieję na opracowanie roślin odpornych na ciepło i suszę, które przetrwają przy mniejszej ilości wody i nadal będą produkować dobre plony, wymagając jednocześnie najmniejszej możliwej ilości nawozu i pestycydów.
Hodowcy otrzymują wsparcie od naukowców z Fraunhofer EZRT, gdzie od wielu lat prowadzone są badania nad technologiami określania fenotypów roślin. Odnosi się to do ich wyglądu, na który składa się wiele czynników, takich jak wielkość liścia, pozycja liścia, grubość korzenia i plon. „Ludzie od tysięcy lat wybierają rośliny uprawne na podstawie cech zewnętrznych”, wyjaśnia dr Stefan Gert, kierownik działu AMS w Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskiej im. Fraunhofera. „Opracowujemy technologie obiektywnego pomiaru tych cech fenotypowych i optymalizacji hodowli w oparciu o te dane”.
Zespół badawczy kierowany przez dr Gerta opracował DeBiFix, robota polowego dla rolnictwa. Jest w stanie wykonywać ciągłe zdjęcia rentgenowskie roślin. Jednocześnie generuje obrazy 3D za pomocą systemu optycznego. To ważna informacja dla hodowcy - pozwala bowiem zajrzeć do wnętrza kłosów pszenicy lub pod krzak ziemniaka i stwierdzić, czy uprawiana przez niego odmiana daje dobre plony.
Najważniejszym celem międzyregionalnego projektu inteligentnego rolnictwa Fraunhofer jest wsparcie hodowców. W jego ramach w Triesdorfie w Bawarii zostaje otwarte Centrum Technologii Fenotypowania Roślin Fraunhofer. W tym momencie dr Gert i jego koledzy zamierzają rozwinąć to doświadczenie i zastosować je w prawdziwym życiu.
W sali laboratoryjnej do fenotypowania roślin w warunkach klimatycznych w Fraunhofer EZRT w Fürth dr Gert pokazuje, jak hodowcy będą pracować w przyszłości. Na wąskim przenośniku taśmowym przed aparatem rentgenowskim doniczki z różnymi roślinami uprawnymi są ułożone w równych rzędach. Drzwi aparatu rentgenowskiego otwierają się i wsuwa się garnek. Gdy tylko drzwi się zamykają, garnek przechodzi tomografię komputerową.
„Ponad dekadę temu zaczęliśmy prześwietlać rośliny ziemniaka promieniami rentgenowskimi, aby uzyskać informacje o wzroście bulw”, mówi dr Gert. „Na podstawie zdjęć rentgenowskich 3D możemy określić wagę bulw bez ich wykopywania”. Proces ten jest wykorzystywany do takich zadań, jak wybór odmian szczególnie odpornych na ciepło. W tym celu rośliny umieszcza się w laboratorium w warunkach stresu cieplnego. Skanowanie następnie ujawnia, które rośliny najskuteczniej radzą sobie ze stresem, produkując silne bulwy pomimo upału.
Podczas gdy pierwsze skany CT mogły pokazać tylko grube korzenie i bulwy, nowsze systemy mogą również uchwycić drobną podziemną strukturę korzeni pszenicy. „Nasz nowy aparat rentgenowski to najbardziej zaawansowany i wydajny system do skanowania części roślin pod ziemią”, mówi dr Gert.
Naukowcy z Fraunhofer EZRT wykonują również cyfrowe obrazowanie 3D części roślin znajdujących się nad ziemią, takich jak liście i kłosy pszenicy. Dane te można wykorzystać nie tylko do określenia powierzchni liścia - obrazy 3D dostarczają również informacji o tolerancji cieplnej rośliny. Czy roślina podnosi liście, aby chronić się przed słońcem? Czy liście zwijają się pod wpływem stresu?
Wydajność systemów optycznego rozpoznawania roślin Fraunhofer EZRT została wyraźnie zademonstrowana na polu testowym firmy nasiennej Strube D&S GmbH. W tym przypadku zastosowano drugi prototyp BlueBob, robota polowego, który porusza się niezależnie i automatycznie usuwa chwasty na polach buraków cukrowych. Poruszając się między rzędami rejestruje obrazy wszystkich żywych roślin za pomocą kamer multispektralnych.
"Przez sztuczna inteligencja fenotyp każdej rośliny jest analizowany i klasyfikowany jako chwast lub burak” – wyjaśnia Christian Hügel, kierownik Centrum Technicznego Badań Nasion w Strub.
Jednym z głównych obszarów pracy w nowym ośrodku w Triesdorfie będzie przetwarzanie danych uzyskanych podczas fenotypowania. „Naszym głównym celem jest wykorzystanie naszej technologii do wspierania małych i średnich hodowcy roślin– podkreśla dr Gert.