Зміна клімату створює серйозні проблеми селекціонерів. Інтелектуальний польовий робот та рентгенівська технологія допомагають їм вибирати жаростійкі зразки рослин для відбору. Датчики у високотехнологічній машині були розроблені Центром розвитку рентгенівської технології Фраунгофера, підрозділом Інституту інтегральних схем Фраунгофера IIS. портал Phys.org.
Літо стає все спекотніше. Лише цього літа у Німеччині була сильна спека з температурою до 40 °C. Посуха також торкнулася рослин.
При достатньому запасі води рослини можуть охолоджуватися з допомогою випаровування. Однак вони не можуть цього зробити, коли відчувають стрес від посухи. Ось чому селекціонери сподіваються вивести жаростійкі, стійкі до посухи рослини, які можуть виживати при меншій кількості води і при цьому давати хороший урожай, вимагаючи мінімально можливої кількості добрив і пестицидів.
Селекціонери отримують підтримку від дослідників із Fraunhofer EZRT, де протягом багатьох років проводилися дослідження технологій визначення фенотипів рослин. Це відноситься до їх зовнішнього вигляду, який включає безліч факторів, таких як розмір листя, їх розташування, товщина коренів і врожайність. "Люди тисячоліттями вибирали культури на основі зовнішніх характеристик", - пояснює доктор Штефан Герт, керівник відділу AMS Центру розвитку рентгенівської технології Фраунгофера. — Ми розробляємо технології для об'єктивного виміру цих характеристик фенотипу та оптимізації селекції на основі цих даних».
Дослідницька група під керівництвом професора Герта розробила DeBiFix, польовий робот для сільського господарства. Він здатний безперервно робити рентгенівські знімки рослин. У той же час він генерує 3D зображення за допомогою оптичної системи. Це важлива інформація для селекціонера — це дозволяє йому, по суті, заглянути всередину колосків пшениці або під кущ картоплі та визначити, чи сорт, який вони вирощують, дає хороший урожай.
Найважливішою метою міжрегіонального проекту Fraunhofer Smart Farming Project є підтримка селекціонерів. У його рамках у Трісдорфі, Баварія, відкривається Центр технологій фенотипування рослин Фраунгофера. У цьому місці доктор Герт та його колеги мають намір розвивати досвід та застосовувати його у реальному житті.
У лабораторному кабінеті для фенотипування рослин в умовах із контрольованим кліматом у Fraunhofer EZRT у Фюрті доктор Герт демонструє, як селекціонери працюватимуть у майбутньому. На вузькій стрічці транспортера перед рентгенівським встановленням акуратними рядами розставлені горщики з різними культурними рослинами. Дверцята рентгенівського апарату відчиняються, і всередину в'їжджає горщик. Як тільки дверцята зачиняються, горщик проходить комп'ютерну томографію.
"Більше десяти років тому ми почали просвічувати рослини картоплі рентгенівськими променями, щоб отримати інформацію про зростання бульб", - повідомляє доктор Герт. — На основі 3D-рентгенівських знімків ми можемо визначити вагу бульб, не викопуючи їх». Цей процес використовується для таких завдань, як відбір особливо жаростійких сортів. З цією метою рослини поміщають до лабораторії в умовах теплового стресу. Потім сканування показує, які рослини найбільше ефективно справляються зі стресом, формуючи міцні бульби, незважаючи на спеку.
У той час як за допомогою першої комп'ютерної томографії можна було просвічувати лише товсте коріння та бульби, нові системи можуть також уловлювати тонку підземну структуру коріння пшениці. "Наш новий рентгенівський апарат - це найсучасніша і найпотужніша система для просвічування частин рослин під землею", - говорить доктор Герт.
Дослідники з Fraunhofer EZRT також проводять 3D-цифрову візуалізацію частин рослин, що знаходяться над землею, таких як листя та колоски пшениці. Ці дані можуть бути використані не тільки для визначення площі листової поверхні - 3D-зображення також надають інформацію про жаростійкість рослини. Чи рослина піднімає листя, щоб захиститися від сонця? Чи згортається листя через стрес?
Ефективність оптичних систем розпізнавання рослин Fraunhofer EZRT була наочно продемонстрована на випробувальному полі насінницької компанії Strube D&S GmbH. У цьому випадку був використаний другий прототип BlueBob - польового робота, який самостійно переміщається та автоматично видаляє бур'яни на полях цукрових буряків. Переміщаючись між рядами, записує зображення всіх живих рослин за допомогою мультиспектральних камер.
"За допомогою штучного інтелекту аналізується фенотип кожної окремої рослини та класифікується або як бур'ян, або як рослина буряків», — пояснює Крістіан Хюгель, голова Технічного центру досліджень насіння у Штрубі.
Одним із основних напрямків роботи в новому центрі в Трісдорфі буде обробка даних, отриманих у ході фенотипування. «Наша головна мета — використовувати нашу технологію для підтримки дрібних та середніх селекціонерів рослин«, - Наголошує доктор Герт.