气候变化给育种者带来了严峻的挑战。 智能现场机器人和 X 射线技术帮助他们选择耐热植物样品进行选择。 高科技机器中的传感器由弗劳恩霍夫 X 射线技术发展中心开发,该中心是 IIS 弗劳恩霍夫集成电路研究所的一个部门。 Phys.org 门户.
夏天越来越热了。 仅今年夏天,德国就经历了高达 40°C 的极端高温。 干旱也影响了植物。
在水供应充足的情况下,植物可以通过蒸发冷却。 然而,当他们受到干旱的压力时,他们就无法做到这一点。 这就是为什么育种者希望开发出耐热、耐旱的植物,这些植物可以在更少的水中生存,同时还能生产出好作物,同时需要尽可能少的化肥和杀虫剂。
育种者得到弗劳恩霍夫 EZRT 研究人员的支持,多年来,该研究一直致力于确定植物表型的技术。 这是指它们的外观,其中包括许多因素,例如叶片大小、叶片位置、根部厚度和产量。 “几千年来,人们一直根据外部特征选择农作物,”弗劳恩霍夫 X 射线技术发展中心 AMS 部门负责人 Stefan Gert 博士解释道。 “我们正在开发技术来客观地测量这些表型特征并根据这些数据优化育种。”
由 Gert 博士领导的一个研究小组开发了 DeBiFix,一种用于农业的田间机器人。 它能够连续拍摄植物的 X 光片。 同时,它使用光学系统生成 3D 图像。 这对育种者来说是重要的信息——事实上,它使他能够查看小麦穗内部或马铃薯灌木丛下,并确定他们种植的品种是否能产生良好的作物。
区域间弗劳恩霍夫智能农业项目的最重要目标是支持育种者。 在其框架内,弗劳恩霍夫植物表型技术中心在巴伐利亚州的特里斯多夫成立。 在这一点上,格特博士和他的同事打算开发这种经验并将其应用到现实生活中。
在 Fürth 的 Fraunhofer EZRT 气候控制条件下的植物表型分析实验室,Gert 博士演示了育种者未来的工作方式。 X光机前一条狭窄的传送带上,摆放着各种栽培植物的花盆整齐地排列着。 X光机的门打开,一个罐子滑了进来。 门一关上,罐子就会进行 CT 扫描。
“十多年前,我们开始对马铃薯植物进行 X 光检查,以获取有关块茎生长的信息,”格特博士报告说。 “基于 3D X 射线,我们可以在不挖掘块茎的情况下确定块茎的重量。” 该过程用于选择特别耐热的品种等任务。 为此,将植物置于热应激条件下的实验室中。 然后,扫描揭示了哪些植物在应对压力方面最有效,尽管高温也能产生强壮的块茎。
虽然第一次 CT 扫描只能通过粗根和块茎显示,但更新的系统也可以捕捉到小麦根部的精细地下结构。 “我们的新型 X 射线机是用于扫描地下植物部件的最先进和最强大的系统,”Gert 博士说。
Fraunhofer EZRT 的研究人员还在对地上部分植物进行 3D 数字成像,例如小麦的叶子和穗。 该数据不仅可用于确定叶面积 - 3D 图像还提供有关植物耐热性的信息。 植物会抬起叶子来保护自己免受阳光照射吗? 叶子会因为压力而卷曲吗?
Fraunhofer EZRT 光学植物识别系统的性能在种子公司 Strube D&S GmbH 的测试场中得到了清晰的展示。 在这种情况下,使用了第二个 BlueBob 原型机,这是一种可以独立移动并自动清除甜菜田杂草的田间机器人。 在行间移动,他使用多光谱相机记录所有活植物的图像。
“借助于 人工智能 对每株植物的表型进行分析,并将其分类为杂草或甜菜植物,”斯特鲁布种子研究技术中心负责人 Christian Hügel 解释说。
Triesdorf 新中心的主要工作领域之一是处理表型分析期间获得的数据。 “我们的主要目标是利用我们的技术支持中小型企业 植物育种者”,格特博士强调说。