Фенотипирование растений в теплицах при помощи роботов

KWS_Phenofactory_Ben-Gruber.jpg

КВС использует сложную систему фенотипирования растений кукурузы и сахарной свеклы для исследования комплексного признака стресса, связанного с засухой.

Процесс исследования напоминает видеоигру: команда роботов выстраивается у стартовых ворот и ожидает, когда от ноутбука Бена Грубера поступит команда о начале передвижения по теплице. Биолог компании КВС Бен Грубер изначально задает точные параметры путей движения своей интерактивной команды: когда какому роботу покидать свою позицию, и к какой группе пронумерованных растений передвигаться? Помимо этого, задается очередность испытаний посадочных столов растений на различных станциях.

Использование дальновидной тактики важно для бесперебойной работы. Многие посадочные столы исследуются совместно биологами и физиками компании КВС путем фенотипироватния растений кукурузы и сахарной свеклы в теплице. Фенотипирование - это процесс детального измерения и анализа внешнего вида растения, то есть его фенотипа. Это дает возможность определить не только влияние факторов окружающей среды, но и влияние генетических ресурсов растений.

Исследования, которые проводят Грубер и его коллеги, особенно актуальны для фермеров, так как речь идет о засухоустойчивости. «Мы до сих пор не знаем, какие гены активно включаются растениями, когда они испытывают стресс от засухи, - объясняет биолог. -Однако глубокое понимание этого важно для эффективного развития селекции засухоустойчивых сортов в будущем», - отмечает Грубер.

Цифровые решения уже давно широко используются вне полевых условий, но теперь они все больше перемещаются в теплицы: плоские, на первый взгляд неприметные роботы с низкой платформой напоминают мобильные подъемные платформы. «Эти устройства зарекомендовали себя в логистических центрах онлайн-компаний по почтовой доставке», - объясняет Грубер. Роботы, которые он выбрал для тестового проекта, обладают большей гибкостью, чем, например, конвейерные ленты. Это делает их идеальными для перемещения по теплице посадочных столов для растений, каждый из которых весит более 50 кг.

Растения кукурузы и сахарной свеклы регулярно взвешивают, чтобы определить потребление воды в течение всего дня. Полученная информация затем объединяется с другими данными. Сенсорная система на потолке измеряет существующие различия в температуре и влажности. «Подобные параметры имеют решающее значение для устьиц листьев и, следовательно, для потребления воды растением», - объясняет Грубер. «Благодаря нашему подходу мы надеемся лучше понять, как растения реагируют на определенные условия и почему, например, устьица листьев открываются с разной скоростью».

Чтобы прояснить этот и другие вопросы, такие как физиология и степень урожайности, исследователи КВС внимательно изучают визуальные особенности растений. Ученые наблюдают, среди прочего, как форма, размер и вес растений меняются по мере их развития.

Как только роботы подносят столы с растениями, камеры платформы PhenoFactory автоматически срабатывают. Фотографии позволяют увидеть влажность растений. Растения сканируются со всех сторон, чтобы получить информацию с разных ракурсов. Грубер говорит: «Эта технология позволяет нам собирать данные 24 часа в сутки, 365 дней в году. Такая высокая частота тестирования важна для достижения хорошей достоверности и сопоставимости результатов». Важный этап исследования - момент посева растений. Важно, чтобы растения имели как можно более однородные генетически идентичные признаки.

После того, как роботы перенесли столы с растениями из платформы PhenoFactory на свои места, они возвращаются в свою стартовую зону, где ожидают следующего задания. «Технологии большое подспорье в наших исследованиях, но они не могут заменить ноу-хау и опыт», - говорит Грубер, добавляя, что человеческий опыт останется незаменимым, особенно при анализе собранных данных.