A klímaváltozás komoly kihívások elé állítja a növénynemesítőket. Intelligens terepi robot és röntgen technológia segíti őket a hőálló növényminták kiválasztásában. A csúcstechnológiás gépben lévő érzékelőket a Fraunhofer Röntgentechnológiai Fejlesztési Központ, a Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS részlege fejlesztette ki. Phys.org portál.
A nyár egyre melegebb. Csak ezen a nyáron Németországban rendkívüli hőség volt tapasztalható, a hőmérséklet elérte a 40°C-ot is. A szárazság a növényeket is érintette.
Megfelelő vízellátás mellett a növények párologtatással lehűtik magukat. Ezt azonban nem tudják megtenni, ha aszály sújtja őket. Ezért a növénynemesítők azt remélik, hogy olyan hőtűrő, szárazságtűrő növényeket fejlesztenek ki, amelyek kevesebb víz mellett is túlélnek, és mégis jó termést hoznak, miközben a lehető legkevesebb műtrágyát és növényvédő szert igényelnek.
A tenyésztők támogatást kapnak a Fraunhofer EZRT kutatóitól, ahol évek óta folynak a növényi fenotipizálási technológiákkal kapcsolatos kutatások. Ez a megjelenésükre utal, amely számos tényezőt foglal magában, például a levél méretét, a levelek elrendezését, a gyökérvastagságot és a termést. „Az emberek évezredek óta választják a növényeket a külső jellemzők alapján” – magyarázza Dr. Stefan Gehrt, a Fraunhofer Röntgentechnológiai Fejlesztési Központ AMS osztályának vezetője. „Technológiákat fejlesztünk, hogy objektíven mérjük ezeket a fenotípusos jellemzőket, és ezen adatok alapján optimalizáljuk a tenyésztést.”
A Dr. Gehrt vezette kutatócsoport kifejlesztette a DeBiFixet, egy mezőgazdasági robotot. Képes folyamatosan röntgenfelvételeket készíteni a növényekről. Ugyanakkor optikai rendszer segítségével 3D képeket készít. Ez fontos információ a nemesítő számára – lehetővé teszi, hogy lényegében a búzakalász belsejébe vagy egy burgonyanövény alá nézzen, és megállapítsa, hogy az általuk termesztett fajta jó hozamot hoz-e.
Az interregionális Fraunhofer intelligens gazdálkodás projekt legfontosabb célja a tenyésztők támogatása. Ennek keretében a bajorországi Triesdorfban megnyílik a Fraunhofer Plant Phenotyping Technology Center. Ezen a ponton Dr. Gert és munkatársai tovább kívánják fejleszteni a tapasztalatokat, és a való életben is alkalmazni kívánják.
A fürthi Fraunhofer EZRT klímaszabályozott növényfenotipizáló laboratóriumában Dr. Gehrt bemutatja, hogyan fognak dolgozni a növénynemesítők a jövőben. A röntgenegység előtti keskeny szállítószalagon a különféle kultúrnövényeket tartalmazó edények rendezett sorokban vannak elrendezve. Kinyílik a röntgengép ajtaja, és becsúszik egy bili. Amint az ajtó becsukódik, az edény CT-vizsgálaton esik át.
„Több mint tíz évvel ezelőtt elkezdtük a burgonyanövények röntgenvizsgálatát, hogy információkat szerezzünk a gumók növekedéséről” – mondja Dr. Gehrt. "3D röntgenfelvételek alapján meg tudjuk határozni a gumók súlyát anélkül, hogy kiásnánk őket." Ezt az eljárást olyan feladatokhoz használják, mint például a különösen hőtűrő fajták kiválasztása. Ebből a célból a növényeket hőstressz körülmények között helyezik el a laboratóriumban. A vizsgálatok ezután feltárják, mely növények birkóznak meg a leghatékonyabban a stresszel, és a hőség ellenére erős gumókat hoznak létre.
Míg az első CT-vizsgálatok csak vastag gyökereket és gumókat tudtak leképezni, az új rendszerek a búzagyökerek finom földalatti szerkezetét is megörökíthetik. „Új röntgenkészülékünk a legfejlettebb és legerősebb rendszer a növényi részek föld alatti röntgensugárzására” – mondja Dr. Gerth.
A Fraunhofer EZRT kutatói 3D-s digitális képalkotást is végeznek a talaj felett lévő növényi részekről, például a búzalevelekről és a kalászokról. Ezek az adatok nem csak a levélfelületre használhatók – a 3D-s képek a növény hőtűrő képességéről is információt nyújtanak. A növény felemeli leveleit, hogy megvédje magát a naptól? Göndörödnek a levelek a stressz miatt?
A Fraunhofer EZRT optikai növényfelismerő rendszerek hatékonysága a Strube D& S GmbH vetőmag cég teszttábláján egyértelműen bebizonyosodott. Ebben az esetben a BlueBob második prototípusát használták - egy szántóföldi robotot, amely önállóan mozog, és automatikusan eltávolítja a gyomokat a cukorrépaföldekről. A sorok között mozogva multispektrális kamerák segítségével rögzíti az összes élő növény képét.
"Keresztül mesterséges intelligencia minden egyes növény fenotípusát elemezzük, és gyom- vagy répanövényként osztályozzuk” – magyarázza Christian Hügel, a Strub-i Vetőmagkutatási Műszaki Központ vezetője.
Az új triesdorfi központban az egyik fő munkaterület a fenotipizálás során nyert adatok feldolgozása lesz. „Fő célunk, hogy technológiánkat a kis- és középvállalkozások támogatására használjuk növénynemesítők“ – hangsúlyozza Dr. Gert.