A szkennerrel ismeretlen területekre is belépünk: Hogyan figyelik meg a gyökér növekedését?

2017. december 14. Olvasási idő: 4 perc

Hogyan figyelik meg egy cukorrépa 1,50 méter mélyen lévő gyökereit? Ez elég egyszerű. Csak egy hatalmas fúróra, hosszú plexi-csövekre, egy speciális szkennerre, sok képfelismerő szoftverre és egy jól kipróbált KWS kutatócsoportra van szüksége.

A szántóföldön: Benjamin Gruber előkészíti a szkennert a föld alatti gyökérzet észlelésére.

A szántóföldön: Benjamin Gruber előkészíti a szkennert a föld alatti gyökérzet észlelésére.

Az óceán mélyét valószínűleg jobban fel lehet fedezni, mint a talajban lévő finoman elágazó gyökereket. A gyökerek határozzák meg, hogy a kukorica, a répa vagy más növény mennyire szívja fel a vizet vagy tápanyagokat a talajból. Így bizonyos mértékig azt, hogy mekkora a mezőgazdasági öntözés vagy műtrágyázás mértéke. Ezért a gyökerek fontos tényezők az aszálytűrő vagy nitrogénhatékony új növényfajok nemesítésében.

Mennyire kezelik jól a növények a stresszt?

A KWS kutatási osztályán az ausztrál Benjamin Gruber és munkatársai elmagyarázzák, hogyan lehet megfigyelni, felmérni és számszerűsíteni a gyökérnövekedést. Célja növények százainak tesztelése rövid idő alatt, hogy megtudja, mennyire képesek megbirkózni az abiotikus stresszekkel, mint például az aszály vagy a tápanyagok hiánya. Ez az egyik előfeltétele annak, hogy a növényekben olyan új géneket azonosítsunk, amelyek biztosítják a stabil hozamokat és az aszálytűrést. Mindkettő a KWS fő nemesítési célja.

A gyökerek és növekedésük részletes megfigyelése egyáltalán nem triviális: Egy egyetlen négyzetméteres gabonamező gyakran 50-90 kilométer gyökeret tartalmaz (ez kb. 40–60 kilométer a kukorica és 20-50 kilométer a cukorrépa esetében). A cukorrépa gyökerei akár öt méter mélyre is lenyúlhatnak a földbe. A legfinomabb gyökérszőrök következetesen vékonyabbak, mint az emberi haj. Hogyan lehet pontos képet kapni?

Ásni, öblíteni és megmérni

A kukoricánál bevált módszer a viszonylag egyszerű, úgynevezett „shovelomikai” módszert követi: A még gyökérzetével együtt lévő növényt egyszerűen kiássák e „lapátkutatás” során, és a talajt alaposan leöblítik. Ezután a gyökér optikailag mérhető kamerákkal és szoftverrel. Több képből a képanalízis szakemberei és a bioinformatikusok kiszámítják a gyökerek számát és vastagságát, valamint a növény szárával bezárt szöget.

A mélybe: A szkenner eltűnik a mező alatt.

A mélybe: A szkenner eltűnik a mező alatt.

A fő és a másodlagos gyökér elágazásával és sok egyéb jellemzővel kapcsolatos információkat szintén rögzítik. „Csak egy vagy néhány növény esetében ez vizuálisan is megtehető. De ahhoz, hogy hatékony eszközt hozzunk létre a növénynemesítéshez, több száz vagy több ezer gyökeret kell gyűjtenünk. Ez csak digitálisan és automatizáltan lehetséges”, mondja Gruber. A gyökérkorona mérésére csapata együttműködik a Jülich kutatóközponttal. Ez nem az egyetlen együttműködés: A KWS nemzetközileg együttműködik sok partnerrel. Ide tartoznak az egyetemek, más intézetek és vállalatok is.

Képek a mélységekből

Az ilyen típusú, „lapáttal a kézben” végzett kutatás után azonban a vizsgált növény már nem használható. Sokkal jobb lenne a valós életben történő folyamatos monitorozás a területen, vagy a talajban. Gruber speciális fúróval fúr lyukakat a répa-parcellák talajába. Ezután átlátszó csöveket helyez a földbe. Egy speciális szkenner segítségével képes rögzíteni a növekvő gyökereket. A napi vagy hetes időközönként végzett szkenneléssel képes folyamatos képet kapni a mélységekből.

Ami egyszerűnek hangzik, az számos kísérlettel, variációval és az alapjuk megváltoztatásával jár. A KWS műhely alkalmazottai megszokták, hogy Gruber különleges megbízásokkal jön hozzájuk. És egyedül dolgozva nem fog messzire jutni, mondja a biotechnológus. Mezőgazdasági munkások segítenek neki a lyukak fúrásánál. Több nemesítő jelzi a növények kívánt és keresett tulajdonságait. A KWS képérzékelő szakemberek hozzájárulnak a gyökérrendszer észleléséhez. A modern növénynemesítés csak sok szakember együttműködésével lehetséges.

  • Munkatársak a KWS-nél

    A gyökerek feltárása hatalmas lehetőségeket kínál a növénynemesítők számára.

    Benjamin Gruber, Gyökérkutató
    kws_wurzelforscher_benjamin_gruber_portrait_auf_dem_feld.jpg

„A KWS jelenleg új eszközkészletet hoz létre a gyökérnövekedés nagyléptékű rögzítésére. Kipróbálunk új eljárásokat, és finomítjuk a bizonyított eredményeket. Később meg kell értenünk, hogy melyik növénynél melyik genetikai összetétel növekszik, melyik talajban, és milyen tápanyag- és vízellátással”- mondja Gruber. Ez időt és pénzt jelent. Mindkettő befektetés egy olyan társaság jövőjébe, amely több mint 160 éve létezik, és továbbra is magas hozamú fajtákat kínál a termelőknek. A családorientált KWS forgalmának kb. 17%-át fordítja kutatásra.

A nemesítés pontos megfigyelést igényel

A növényi tulajdonságok pontos megfigyelése a nemesítési indikációra utaló jelek megállapítása céljából olyan régi, mint maga a mezőgazdaság. Például az első gazdák a következő évre az előző év legkövérebb szemeiből vetettek. Gregor Mendel megfigyelte a borsó színét és alakját, hogy ezen eredmények alapján megállapítsa öröklési szabályait. A növények látható és mérhető tulajdonságait illetően a biológusok fenotípusokról beszélnek.

Ben Gruber módszere hasonló más fenotípus meghatározás projektekhez a KWS-nél. A KWS kutatási szakértői adatot gyűjtenek a környezetben, akár drón alapú kamerákkal, akár föld alatti szkennerekkel. A képeket a számítógépen összeillesztik és automatikusan elemzik, hogy új ötleteket adjanak a nemesítőknek. „Mindezeknek ipari méretekben kell működniük, szélben és esőben, sárban és aszályban – nem csak laboratóriumban vagy csak 20 növénynél. A növénynemesítés mindig a nagy számok kérdése, és növények ezreit kell értékelni”, magyarázza Gruber, mielőtt visszatér adatainak statisztikai elemzéséhez.

Vissza a „Gazdálkodás világa” főoldalra

Az Ön kapcsolattartója

Stephan Krings
Stephan Krings
Head of Global Marketing and Communications
Küldjön e-mailt
KAPCSOLATBA LÉPNI