氣候變化給育種者帶來了嚴峻的挑戰。 智能現場機器人和 X 射線技術幫助他們選擇耐熱植物樣品進行選擇。 高科技機器中的傳感器由弗勞恩霍夫 X 射線技術發展中心開發,該中心是 IIS 弗勞恩霍夫集成電路研究所的一個部門。 Phys.org 門戶.
夏天越來越熱了。 僅今年夏天,德國就經歷了極端高溫,氣溫高達 40°C。 乾旱也影響了植物。
在水供應充足的情況下,植物可以通過蒸發冷卻。 然而,當他們受到干旱的壓力時,他們就無法做到這一點。 這就是為什麼育種者希望開發出耐熱、耐旱的植物,這些植物可以在更少的水中生存,並且在需要盡可能少的肥料和殺蟲劑的情況下仍能生產出好作物。
育種者得到弗勞恩霍夫 EZRT 研究人員的支持,多年來,該研究一直致力於確定植物表型的技術。 這是指它們的外觀,其中包括許多因素,例如葉片大小、葉片位置、根部厚度和產量。 “幾千年來,人們一直根據外部特徵選擇作物,”弗勞恩霍夫 X 射線技術發展中心 AMS 部門負責人 Stefan Gert 博士解釋道。 “我們正在開發技術來客觀地測量這些表型特徵並根據這些數據優化育種。”
由 Gert 博士領導的研究小組開發了 DeBiFix,一種用於農業的田間機器人。 它能夠連續拍攝植物的 X 光片。 同時,它使用光學系統生成 3D 圖像。 這對育種者來說是重要的信息——事實上,它使他能夠觀察小麥穗內部或馬鈴薯灌木叢下,並確定他們種植的品種是否能產生良好的作物。
區域間弗勞恩霍夫智能農業項目的最重要目標是支持育種者。 在其框架內,弗勞恩霍夫植物表型技術中心在巴伐利亞州的特里斯多夫成立。 在這一點上,格特博士和他的同事打算開發這種經驗並將其應用到現實生活中。
在菲爾特弗勞恩霍夫 EZRT 的氣候控制條件下植物表型分析實驗室,格特博士演示了育種者未來的工作方式。 X光機前一條狹窄的傳送帶上,擺放著各種栽培植物的花盆整齊地排列著。 X光機的門打開,一個罐子滑了進來。 門一關上,鍋就會進行 CT 掃描。
“十多年前,我們開始對馬鈴薯植物進行 X 光檢查,以獲取有關塊莖生長的信息,”格特博士報告說。 “基於 3D X 射線,我們無需挖掘即可確定塊莖的重量。” 該過程用於選擇特別耐熱的品種等任務。 為此,將植物置於熱應激條件下的實驗室中。 然後,掃描揭示了哪些植物在應對壓力方面最有效,儘管高溫也能產生強壯的塊莖。
雖然第一次 CT 掃描只能通過粗根和塊莖顯示,但更新的系統也可以捕捉到小麥根部的精細地下結構。 “我們的新型 X 射線機是用於掃描地下植物部件的最先進和最強大的系統,”Gert 博士說。
Fraunhofer EZRT 的研究人員還在對地上部分植物進行 3D 數字成像,例如小麥的葉子和穗。 該數據不僅可用於確定葉面積 - 3D 圖像還提供有關植物耐熱性的信息。 植物會抬起葉子來保護自己免受陽光照射嗎? 葉子會因為壓力而捲曲嗎?
弗勞恩霍夫 EZRT 光學植物識別系統的性能在種子公司 Strube D&S GmbH 的測試領域得到了清晰的展示。 在這種情況下,使用了第二個 BlueBob 原型機,這是一種可以獨立移動並自動清除甜菜田雜草的田間機器人。 在行間移動,他使用多光譜相機記錄所有活植物的圖像。
“通過 人工智能 對每株植物的表型進行分析,並將其分類為雜草或甜菜植物,”斯特魯布種子研究技術中心負責人 Christian Hügel 解釋說。
Triesdorf 新中心的主要工作領域之一是處理表型分析期間獲得的數據。 “我們的主要目標是利用我們的技術支持中小型企業 植物育種者”,格特博士強調說。