Klimatförändringarna innebär allvarliga utmaningar för uppfödarna. En intelligent fältrobot och röntgenteknik hjälper dem att välja värmebeständiga växtprover för urval. Sensorerna i den högteknologiska maskinen har utvecklats av Fraunhofer Center for the Development of X-ray Technology, en avdelning av IIS Fraunhofer Institute for Integrated Circuits. Phys.org-portalen.
Sommaren blir varmare. Bara den här sommaren har Tyskland upplevt extrem värme, med temperaturer på upp till 40°C. Torkan drabbade också växter.
Med tillräcklig tillgång på vatten kan växter kylas genom avdunstning. Det kan de dock inte göra när de är stressade av torka. Det är därför uppfödare hoppas kunna utveckla värmetoleranta, torkatåliga växter som kan överleva på mindre vatten och ändå producera bra skördar samtidigt som de kräver minsta möjliga mängd gödningsmedel och bekämpningsmedel.
Uppfödare får stöd av forskare vid Fraunhofer EZRT, där det under många år har forskats på teknologier för att bestämma växtfenotyper. Detta hänvisar till deras utseende, vilket inkluderar många faktorer som bladstorlek, bladposition, rottjocklek och avkastning. "Människor har valt grödor baserat på yttre egenskaper i tusentals år", förklarar Dr Stefan Gert, chef för AMS-avdelningen vid Fraunhofer Center for Development of X-ray Technology. "Vi utvecklar teknologier för att objektivt mäta dessa fenotypiska egenskaper och optimera avel baserat på dessa data."
En forskargrupp ledd av Dr Gert har utvecklat DeBiFix, en fältrobot för jordbruk. Den kan kontinuerligt ta röntgenbilder av växter. Samtidigt genererar den 3D-bilder med hjälp av ett optiskt system. Detta är viktig information för uppfödaren - det gör det möjligt för honom att faktiskt titta inuti veteöronen eller under potatisbusken och avgöra om sorten de odlar ger en bra skörd.
Det viktigaste målet med det interregionala Fraunhofer smart farming-projektet är att stödja uppfödare. Inom ramen för detta öppnar Fraunhofer Plant Phenotyping Technology Center i Triesdorf, Bayern. Vid det här laget avser Dr Gert och hans kollegor att utveckla erfarenheten och tillämpa den i verkligheten.
I laboratorierummet för växtfenotypning under klimatkontrollerade förhållanden vid Fraunhofer EZRT i Fürth, visar Dr Gert hur uppfödare kommer att arbeta i framtiden. På ett smalt löpande band framför röntgenenheten står krukor med olika kulturväxter i prydliga rader. Dörren till röntgenapparaten öppnas och en gryta glider in. Så fort dörren stängs genomgår potten en datortomografi.
"För mer än ett decennium sedan började vi röntga potatisplantor för att få information om knöltillväxt", rapporterar Dr. Gert. "Baserat på 3D-röntgenbilderna kan vi bestämma vikten på knölarna utan att gräva upp dem." Denna process används för uppgifter som att välja särskilt värmetoleranta sorter. För detta ändamål placeras växterna i ett laboratorium under förhållanden av värmestress. Skanningen avslöjar sedan vilka växter som är mest effektiva för att klara av stress och producera starka knölar trots värmen.
Medan de första CT-skanningarna bara kunde visa genom tjocka rötter och knölar, kan nyare system också fånga den fina underjordiska strukturen hos veterötter. "Vår nya röntgenmaskin är det mest avancerade och kraftfulla systemet för att skanna växtdelar under jord", säger Dr. Gert.
Forskare vid Fraunhofer EZRT gör också digital 3D-avbildning av delar av växter som är ovan jord, såsom löv och öron av vete. Dessa data kan användas inte bara för att bestämma bladytan - 3D-bilder ger också information om växtens värmetolerans. Höjer växten sina blad för att skydda sig mot solen? Bryggar löv på grund av stress?
Prestandan hos Fraunhofer EZRT optiska anläggningsigenkänningssystem demonstrerades tydligt i testfältet för fröföretaget Strube D&S GmbH. I det här fallet användes den andra BlueBob-prototypen, en åkerrobot som rör sig självständigt och automatiskt tar bort ogräs i sockerbetsfält. När han rör sig mellan raderna spelar han in bilder på alla levande växter med hjälp av multispektrala kameror.
"Genom artificiell intelligens fenotypen för varje enskild växt analyseras och klassificeras som antingen en ogräs- eller en betplanta, förklarar Christian Hügel, chef för Tekniskt centrum för fröforskning i Strub.
Ett av de viktigaste arbetsområdena i det nya centret i Triesdorf kommer att vara bearbetningen av data som erhållits under fenotypning. "Vårt huvudmål är att använda vår teknik för att stödja små och medelstora växtförädlare", betonar Dr Gert.