Klimata pārmaiņas selekcionāriem rada nopietnas problēmas. Viedais lauka robots un rentgena tehnoloģija palīdz atlasīt karstumizturīgus augu paraugus atlasei. Sensorus augsto tehnoloģiju iekārtā izstrādāja Fraunhofera rentgena tehnoloģiju attīstības centrs, IIS Fraunhofera Integrēto shēmu institūta nodaļa. Phys.org portāls.
Vasara kļūst karstāka. Vācija vien šovasar piedzīvojusi ārkārtēju karstumu, gaisa temperatūra sasniedz pat 40°C. Sausums skāra arī augus.
Ar pietiekamu ūdens padevi augus var atdzesēt, iztvaicējot. Tomēr viņi to nevar izdarīt, ja viņus nomāc sausums. Tāpēc selekcionāri cer izveidot karstumizturīgus, sausuma izturīgus augus, kas var izdzīvot ar mazāku ūdens daudzumu un joprojām ražot labas ražas, vienlaikus prasot pēc iespējas mazāku mēslojuma un pesticīdu daudzumu.
Selekcionāri saņem atbalstu no Fraunhofer EZRT pētniekiem, kur jau daudzus gadus ir veikti pētījumi par augu fenotipu noteikšanas tehnoloģijām. Tas attiecas uz to izskatu, kas ietver daudzus faktorus, piemēram, lapu lielumu, lapu stāvokli, sakņu biezumu un ražu. "Cilvēki ir izvēlējušies kultūras, pamatojoties uz ārējām īpašībām jau tūkstošiem gadu," skaidro Dr. Stefans Gerts, Fraunhofera Rentgenstaru tehnoloģiju attīstības centra AMS nodaļas vadītājs. "Mēs izstrādājam tehnoloģijas, lai objektīvi izmērītu šīs fenotipiskās īpašības un optimizētu audzēšanu, pamatojoties uz šiem datiem."
Pētnieku grupa, kuru vadīja Dr Gert, ir izstrādājusi DeBiFix, lauka robotu lauksaimniecībai. Tas spēj nepārtraukti veikt augu rentgena starus. Tajā pašā laikā tas ģenerē 3D attēlus, izmantojot optisko sistēmu. Šī ir svarīga informācija selekcionāram – tā ļauj viņam faktiski ieskatīties kviešu vārpās vai zem kartupeļu krūma un noteikt, vai šķirne, ko viņi audzē, dod labu ražu.
Starpreģionālā Fraunhofer viedās lauksaimniecības projekta svarīgākais mērķis ir atbalstīt audzētājus. Tā ietvaros Triesdorfā, Bavārijā, tiek atvērts Fraunhofera augu fenotipēšanas tehnoloģiju centrs. Šobrīd Dr Gert un viņa kolēģi plāno attīstīt pieredzi un pielietot to reālajā dzīvē.
Laboratorijas telpā augu fenotipu noteikšanai kontrolētos klimata apstākļos Fraunhofer EZRT Fürthā Dr. Gerts demonstrē, kā selekcionāri strādās nākotnē. Uz šauras konveijera pirms rentgena aparāta glītās rindās izkārtoti podi ar dažādiem kultivētiem augiem. Rentgena aparāta durvis atveras un iekšā ieslīd katls. Tiklīdz durvis aizveras, podam tiek veikta CT skenēšana.
“Pirms vairāk nekā desmit gadiem mēs sākām veikt kartupeļu stādu rentgena starojumu, lai iegūtu informāciju par bumbuļu augšanu,” stāsta Dr. Gerts. "Pamatojoties uz 3D rentgena stariem, mēs varam noteikt bumbuļu svaru, tos neizrokot." Šo procesu izmanto tādiem uzdevumiem kā īpaši karstumizturīgu šķirņu atlase. Šim nolūkam augus ievieto laboratorijā karstuma stresa apstākļos. Pēc tam skenēšana atklāj, kuri augi visefektīvāk spēj tikt galā ar stresu, veidojot spēcīgus bumbuļus, neskatoties uz karstumu.
Lai gan pirmās CT skenēšanas varēja parādīties tikai caur biezām saknēm un bumbuļiem, jaunākās sistēmas var arī uztvert smalko kviešu sakņu pazemes struktūru. “Mūsu jaunā rentgena iekārta ir vismodernākā un jaudīgākā sistēma augu daļu skenēšanai pazemē,” saka Dr. Gerts.
Fraunhofer EZRT pētnieki arī veic 3D digitālo attēlveidošanu augu daļām, kas atrodas virs zemes, piemēram, kviešu lapām un vārpām. Šos datus var izmantot ne tikai lapu laukuma noteikšanai – 3D attēli sniedz informāciju arī par auga siltuma toleranci. Vai augs paceļ lapas, lai pasargātu sevi no saules? Vai lapas čokurojas stresa dēļ?
Fraunhofer EZRT optisko augu atpazīšanas sistēmu veiktspēja uzskatāmi tika demonstrēta sēklu uzņēmuma Strube D&S GmbH testa laukā. Šajā gadījumā tika izmantots otrs BlueBob prototips, lauka robots, kas pārvietojas neatkarīgi un automātiski noņem nezāles cukurbiešu laukos. Pārvietojoties starp rindām, viņš ieraksta visu dzīvo augu attēlus, izmantojot multispektrālās kameras.
"Ar palīdzību mākslīgais intelekts katra atsevišķā auga fenotips tiek analizēts un klasificēts kā nezāles vai biešu augs,” skaidro Kristians Hīgels, Strubas Sēklu izpētes tehniskā centra vadītājs.
Viena no galvenajām darba jomām jaunajā centrā Trīsdorfā būs fenotipēšanas laikā iegūto datu apstrāde. “Mūsu galvenais mērķis ir izmantot mūsu tehnoloģiju, lai atbalstītu mazus un vidējus augu selekcionāri“, uzsver Dr Gert.