Ilmastonmuutos asettaa kasvattajille vakavia haasteita. Älykäs kenttärobotti ja röntgentekniikka auttavat heitä valitsemaan lämmönkestäviä kasvinäytteitä valintaa varten. Korkean teknologian koneen anturit on kehittänyt Fraunhofer Center for the Development of X-ray Technology, IIS Fraunhofer Institute for Integrated Circuits -osasto. Phys.org portaali.
Kesä kuumenee. Pelkästään tänä kesänä Saksa on kokenut äärimmäistä lämpöä, ja lämpötilat ovat nousseet jopa 40 °C:seen. Kuivuus vaikutti myös kasveihin.
Riittävällä vesimäärällä kasveja voidaan jäähdyttää haihduttamalla. He eivät kuitenkaan voi tehdä tätä, kun he ovat stressaantuneet kuivuuden vuoksi. Siksi kasvattajat toivovat kehittävänsä lämpöä ja kuivuutta kestäviä kasveja, jotka selviytyvät pienemmällä vedellä ja tuottavat silti hyviä satoja vaatien samalla mahdollisimman vähän lannoitetta ja torjunta-aineita.
Kasvattajat saavat tukea tutkijoilta Fraunhofer EZRT:ssä, jossa on tutkittu useiden vuosien ajan kasvien fenotyyppien määritystekniikoita. Tämä viittaa niiden ulkonäköön, joka sisältää monia tekijöitä, kuten lehtien koon, lehtien sijainnin, juuren paksuuden ja sadon. "Ihmiset ovat valinneet viljelykasveja ulkoisten ominaisuuksien perusteella tuhansien vuosien ajan", selittää tohtori Stefan Gert, Fraunhoferin röntgenteknologian kehittämiskeskuksen AMS-osaston johtaja. "Kehitämme teknologioita näiden fenotyyppisten ominaisuuksien objektiiviseksi mittaamiseksi ja jalostuksen optimoimiseksi näiden tietojen perusteella."
Dr. Gertin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt DeBiFixin, maatalouden peltorobotin. Se pystyy ottamaan jatkuvasti röntgenkuvia kasveista. Samalla se tuottaa 3D-kuvia käyttämällä optista järjestelmää. Tämä on tärkeää tietoa jalostajalle - sen avulla hän voi itse asiassa katsoa vehnän tähkien sisään tai perunapensaan alle ja määrittää, tuottaako heidän kasvattamansa lajike hyvää satoa.
Alueiden välisen Fraunhofer-älyviljelyhankkeen tärkein tavoite on tukea kasvattajia. Sen puitteissa avataan Fraunhofer Plant Phenotyping Technology Center Triesdorfissa Baijerissa. Tässä vaiheessa tohtori Gert ja hänen kollegansa aikovat kehittää kokemusta ja soveltaa sitä tosielämässä.
Fraunhofer EZRT:n laboratoriohuoneessa Fraunhofer EZRT:ssä Fürthissä, tohtori Gert näyttää, kuinka jalostajat työskentelevät tulevaisuudessa. Röntgenyksikön edessä olevalla kapealla hihnakuljettimella on järjestetty siisteihin riveihin ruukkuja erilaisilla viljelykasveilla. Röntgenlaitteen ovi aukeaa ja ruukku liukuu sisään. Heti kun luukku sulkeutuu, ruukulle tehdään CT-skannaus.
"Yli vuosikymmen sitten aloitimme perunakasvien röntgenkuvauksen saadaksemme tietoa mukuloiden kasvusta", kertoo tohtori Gert. "3D-röntgenkuvien perusteella voimme määrittää mukuloiden painon kaivamatta niitä esiin." Tätä prosessia käytetään esimerkiksi erityisen lämpöä kestävien lajikkeiden valitsemiseen. Tätä tarkoitusta varten kasvit sijoitetaan laboratorioon lämpöstressin olosuhteissa. Skannaus paljastaa sitten, mitkä kasvit selviävät tehokkaimmin stressistä ja tuottavat vahvoja mukuloita kuumuudesta huolimatta.
Vaikka ensimmäiset CT-skannaukset pystyivät näkymään vain paksujen juurien ja mukuloiden läpi, uudemmat järjestelmät voivat myös vangita vehnän juurien hienon maanalaisen rakenteen. "Uusi röntgenlaitteemme on edistynein ja tehokkain järjestelmä kasvien osien skannaamiseen maan alla", sanoo tohtori Gert.
Fraunhofer EZRT:n tutkijat tekevät myös 3D-digitaalista kuvantamista maan päällä olevista kasvien osista, kuten vehnän lehdistä ja tähkistä. Näitä tietoja voidaan käyttää paitsi lehtien pinta-alan määrittämiseen - 3D-kuvat antavat tietoa myös kasvin lämmönsietosta. Nostaako kasvi lehtiään suojautuakseen auringolta? Käpristyvätkö lehdet stressin vuoksi?
Fraunhofer EZRT -optisten kasvintunnistusjärjestelmien suorituskyky osoitti selvästi siemenyrityksen Strube D&S GmbH:n testipellolla. Tässä tapauksessa käytettiin toista BlueBob-prototyyppiä, peltorobottia, joka liikkuu itsenäisesti ja poistaa automaattisesti rikkaruohot sokerijuurikaspelloilta. Rivien välillä hän tallentaa kuvia kaikista elävistä kasveista monispektrikameroilla.
"Kautta tekoäly jokaisen yksittäisen kasvin fenotyyppi analysoidaan ja luokitellaan joko rikkaruohoksi tai juurikaskasviksi”, selittää Christian Hügel, Strubin siementutkimuksen teknisen keskuksen johtaja.
Yksi päätyöalueista Triesdorfin uudessa keskuksessa tulee olemaan fenotyypityksen aikana saadun tiedon käsittely. ”Päätavoitteemme on käyttää teknologiaamme tukemaan pieniä ja keskisuuria kasvinjalostajat", korostaa tohtori Gert.