Klimato kaita veisėjams kelia rimtų iššūkių. Išmanusis lauko robotas ir rentgeno technologija padeda atrinkti karščiui atsparius augalų pavyzdžius. Aukštųjų technologijų mašinos jutiklius sukūrė Fraunhoferio rentgeno technologijų plėtros centras, IIS Fraunhoferio integrinių grandynų instituto padalinys. Phys.org portalas.
Vasara darosi vis karštesnė. Vien šią vasarą Vokietijoje buvo didžiulis karštis, kai temperatūra siekė iki 40°C. Sausra palietė ir augalus.
Turint pakankamai vandens, augalai gali būti vėsinami garinant. Tačiau jie negali to padaryti, kai patiria stresą dėl sausros. Štai kodėl selekcininkai tikisi sukurti karščiui tolerantiškus, sausrai atsparius augalus, kurie išgyventų su mažiau vandens ir vis tiek užaugintų gerus derlius, o jiems prireiktų kuo mažiau trąšų ir pesticidų.
Veisėjai gauna paramą iš Fraunhofer EZRT tyrėjų, kur jau daug metų buvo atliekami augalų fenotipų nustatymo technologijų tyrimai. Tai reiškia jų išvaizdą, kuri apima daugybę veiksnių, tokių kaip lapų dydis, lapų padėtis, šaknų storis ir derlius. „Žmonės jau tūkstančius metų renkasi pasėlius pagal išorines savybes“, – aiškina Fraunhoferio rentgeno technologijų plėtros centro AMS skyriaus vadovas dr. Stefanas Gertas. "Mes kuriame technologijas, skirtas objektyviai įvertinti šias fenotipines savybes ir optimizuoti veisimą remiantis šiais duomenimis."
Dr. Gerto vadovaujama tyrimų grupė sukūrė DeBiFix – lauko robotą žemės ūkiui. Jis gali nuolat fotografuoti augalų rentgeno spindulius. Tuo pačiu metu jis generuoja 3D vaizdus naudodamas optinę sistemą. Tai svarbi informacija selekcininkui – ji iš tikrųjų leidžia pažvelgti į kviečių varpas ar po bulvių krūmu ir nustatyti, ar jų auginama veislė duoda gerą derlių.
Svarbiausias tarpregioninio išmaniojo ūkininkavimo projekto „Fraunhofer“ tikslas – remti veisėjus. Jo rėmuose Triesdorfe, Bavarijoje, atidaromas Fraunhoferio augalų fenotipų nustatymo technologijų centras. Šiuo metu daktaras Gertas ir jo kolegos ketina plėtoti patirtį ir pritaikyti ją realiame gyvenime.
Fraunhofer EZRT Fürth laboratorijoje, skirtoje augalų fenotipams nustatyti kontroliuojamomis klimato sąlygomis, daktaras Gertas demonstruoja, kaip selekcininkai dirbs ateityje. Ant siauro konvejerio priešais rentgeno agregatą tvarkingomis eilėmis išdėlioti vazonai su įvairiais kultūriniais augalais. Atsidaro rentgeno aparato durelės ir įslysta puodas. Kai tik užsidaro durys, puodui atliekama kompiuterinė tomografija.
„Prieš daugiau nei dešimtmetį pradėjome bulvių augalų rentgenografiją, kad gautume informacijos apie gumbų augimą“, – pasakoja daktaras Gertas. „Remdamiesi 3D rentgeno spinduliais, galime nustatyti gumbų svorį jų nekasdami. Šis procesas naudojamas atliekant tokias užduotis kaip ypač karščiui atsparių veislių parinkimas. Tuo tikslu augalai patalpinami į laboratoriją esant karščio stresui. Tada nuskaitymas atskleidžia, kurie augalai efektyviausiai susidoroja su stresu ir, nepaisant karščio, išaugina stiprius gumbus.
Nors pirmieji kompiuterinės tomografijos tyrimai galėjo matytis tik per storas šaknis ir gumbus, naujesnės sistemos taip pat gali užfiksuoti smulkią požeminę kviečių šaknų struktūrą. „Mūsų naujasis rentgeno aparatas yra pati pažangiausia ir galingiausia augalų dalių nuskaitymo po žeme sistema“, – sako dr. Gertas.
Fraunhofer EZRT mokslininkai taip pat atlieka 3D skaitmeninį virš žemės esančių augalų dalių, tokių kaip kviečių lapai ir varpos, vaizdus. Šie duomenys gali būti naudojami ne tik lapų plotui nustatyti – 3D vaizdai suteikia informacijos ir apie augalo atsparumą karščiui. Ar augalas kelia lapus, kad apsisaugotų nuo saulės? Ar lapai susisuka dėl streso?
Fraunhofer EZRT optinių augalų atpažinimo sistemų veikimas buvo aiškiai pademonstruotas sėklų įmonės Strube D&S GmbH bandymų lauke. Šiuo atveju buvo panaudotas antrasis BlueBob prototipas – lauko robotas, kuris juda savarankiškai ir automatiškai pašalina piktžoles cukrinių runkelių laukuose. Judėdamas tarp eilučių, jis daugiaspektrinėmis kameromis įrašo visų gyvų augalų vaizdus.
"Su pagalba dirbtinis intelektas kiekvieno atskiro augalo fenotipas yra analizuojamas ir klasifikuojamas kaip piktžolė arba runkelių augalas“, – aiškina Christianas Hügelis, Sėklų tyrimų techninio centro Strub mieste vadovas.
Viena pagrindinių darbo sričių naujajame Triesdorfo centre bus fenotipų nustatymo metu gautų duomenų apdorojimas. „Mūsų pagrindinis tikslas yra naudoti mūsų technologijas mažoms ir vidutinėms įmonėms augalų selekcininkai“, – pabrėžia gydytojas Gertas.