Vooral voor plantenveredelaars zorgt klimaatverandering voor grote uitdagingen. Een intelligente veldrobot en röntgentechnologie helpen hen bij het selecteren van hittebestendige plantenrassen. De sensoren in de hightech machine zijn ontwikkeld door het Fraunhofer Development Center for X-ray Technology, een afdeling van het Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS.

Onze zomers worden steeds heter. Alleen deze zomer kreeg Duitsland te maken met een hittegolf met temperaturen tot 40 C. De daaruit voortvloeiende droogte had ook gevolgen voor planten. Bij voldoende water kunnen deze planten zichzelf koelen door verdamping. Ze kunnen dit echter niet doen als ze onder droogtestress staan. Daarom hopen plantenveredelaars hitte-tolerante, droogteresistente planten te ontwikkelen die kunnen overleven met minder water, en toch een goede opbrengst opleveren terwijl ze zo min mogelijk kunstmest en pesticiden nodig hebben.

De veredelaars worden ondersteund door onderzoekers van Fraunhofer EZRT, waar al jaren onderzoek wordt gedaan naar technologieën voor het bepalen van plantfenotypes. Dit verwijst naar hun uiterlijk, dat een groot aantal factoren omvat, zoals bladgrootte, bladrangschikking, worteldikte en opbrengst. "Al duizenden jaren selecteren mensen gewassen op uiterlijke kenmerken", legt dr. Stefan Gerth uit, hoofd van de afdeling AMS van het Fraunhofer Development Center for X-ray Technology. "We ontwikkelen technologieën om deze fenotypekenmerken objectief te meten en de fokkerij te optimaliseren op basis van deze gegevens."

3D-beeldvorming gebruiken om opbrengsten te voorspellen

Zo heeft het onderzoeksteam onder leiding van dr. Gerth DeBiFix ontwikkeld, een veldrobot voor agrarische toepassingen. Terwijl DeBiFix zich een weg baant door dicht opeengepakte korenaren, maakt het continu röntgenfoto's van de planten. Tegelijkertijd genereert het 3D-beelden met behulp van een optisch systeem. Dit is belangrijke informatie voor de teler die eigenaar is van het veld waarop de robot werkt - het stelt hen in staat om in wezen in de aren van tarwe te kijken en te bepalen of het ras dat ze kweken een goede opbrengst zal opleveren.

Biogene waardecreatie en smart farming project

De belangrijkste doelstelling van het transregionale Fraunhofer smart farming-project is het ondersteunen van fokkers. Als onderdeel van dit project wordt in Triesdorf, Beieren, het Fraunhofer Center for Plant Phenotyping Technologies gelanceerd. Op deze locatie willen Dr. Gerth en zijn collega's hun expertise ontwikkelen en vertalen naar real-life toepassing. Triesdorf, de kleinste stad van Duitsland met een universiteit, is de thuisbasis van landbouwonderwijsinstituten en de Weihenstephan-Triesdorf University of Applied Science, waardoor het een transregionaal centrum voor landbouw is. Fraunhofer IIS werkt nauw samen met het daar gevestigde Competence Centre for Digital Agriculture.

Keuze van hittetolerante plantenrassen

In de laboratoriumruimte voor fenotypering van planten in klimaatgecontroleerde omgevingen bij Fraunhofer EZRT in Fürth, demonstreert Dr. Gerth hoe veredelaars in de toekomst zullen werken. Op de smalle lopende band voor de röntgenmachine staan ​​potten met verschillende gewassen in nette rijen. De deur van het röntgenapparaat gaat open en er rolt een pot naar binnen. Nadat de deur is gesloten, ondergaat de pot onder andere een computertomografiescan. Slechts vijf minuten later is het tijd voor de volgende pot.

"Meer dan tien jaar geleden zijn we begonnen met het röntgenonderzoek van aardappelplanten om informatie te krijgen over de groei van de knollen", vertelt Dr. Gerth. "Op basis van de 3D-röntgenscans kunnen we het gewicht van de knollen bepalen zonder ze uit te graven." Dit proces wordt gebruikt voor taken zoals het selecteren van bijzonder hittetolerante rassen. Hiertoe worden de planten onder hittestress geplaatst in de laboratoriumcabine. De scans laten vervolgens zien welke planten het meest effectief omgaan met de stress en ondanks de hitte sterke knollen vormen.

Terwijl alleen dikke wortels en knollen konden worden geröntgend met de eerste computertomografiescans, kunnen de nieuwe systemen ook de delicate ondergrondse wortelstructuur van tarwe vastleggen. "Onze nieuwe röntgenmachine is het modernste, krachtigste systeem voor het röntgenonderzoek van delen van planten onder de grond", zegt Dr. Gerth.

Onderzoekers van Fraunhofer EZRT voeren ook 3D digitale beeldvorming uit van de delen van de planten die bovengronds zijn, zoals bladeren en korenaren. Deze gegevens kunnen worden gebruikt om meer te bepalen dan alleen het gebied van het bladoppervlak - de 3D-afbeeldingen geven ook informatie over de hittetolerantie van de plant. Heft de plant zijn bladeren op om zich tegen de zon te beschermen? Krullen de bladeren door stress op?

AI gebruiken om individuele plantfenotypes te analyseren

De efficiëntie van de optische plantherkenningssystemen van Fraunhofer EZRT werd duidelijk aangetoond in een testveld bij het zaadbedrijf Strube D&S GmbH. In dit geval werd het tweede BlueBob-prototype gebruikt:een veldrobot die zelf navigeert en automatisch onkruid verwijdert in suikerbietenvelden. Terwijl het tussen de rijen beweegt, legt het beelden vast van alle levende planten met behulp van multispectrale camera's.

"Door kunstmatige intelligentie te gebruiken, wordt het fenotype van elke individuele plant geanalyseerd en geclassificeerd als een onkruid- of een bietenplant", legt Christian Hügel, hoofd van het Technical Center of Seed Research bij Strube, uit. Als BlueBob 2.0 een onkruid identificeert, verwijdert het dit met zijn schoffelgereedschap van de grond. Het verwijdert onkruid zowel tussen de rijen (met statisch gereedschap) als binnen de rijen (met bewegend gereedschap). Hierdoor wordt vrijwel al het onkruid rondom de bietenplanten verwijderd. Hierdoor kan het gebruik van chemische onkruidverdelgers drastisch worden verminderd.

Een belangrijk werkpakket in het nieuwe centrum in Triesdorf betreft het verwerken van de gegevens die zijn verkregen tijdens fenotypering. "Ons belangrijkste doel is om onze technologie te gebruiken om kleine en middelgrote plantenveredelaars te ondersteunen", benadrukt Dr. Gerth. + Verder verkennen

Bodem voorbehandelen met ethanol beschermt planten tegen droogte