Za pomocą skanera, do ziemi nieznanej: Jak obserwujesz wzrost korzeni?

14 grudnia 2017 r. Czas czytania: 4 minuty

W jaki sposób można obserwować korzenie buraka cukrowego na głębokości 1,50 metra? To dość proste. Potrzebne jest tylko ogromne wiertło, długie rury z pleksi, specjalny skaner, mnóstwo oprogramowania do rozpoznawania obrazów - oraz dobrze wyszkolony zespół badawczy KWS.

W polu: Benjamin Gruber przygotowuje skaner do wykrywania układu korzeniowego pod ziemią.

W polu: Benjamin Gruber przygotowuje skaner do wykrywania układu korzeniowego pod ziemią.

Głębie oceanów są prawdopodobnie lepiej zbadane niż cienkie rozgałęzienia korzeni roślin w ziemi. To właśnie korzenie decydują o tym, w jakim stopniu kukurydza, buraki cukrowe czy inne rośliny wchłaniają wodę lub substancje odżywcze z gleby. A zatem, w pewnym zakresie, ile rolnik powinien nawadniać lub nawozić glebę. W związku z tym korzenie stanowią ważny czynnik w uprawie nowych odmian roślin tolerujących suszę lub skutecznie wykorzystujących azot.

W jakim stopniu rośliny radzą sobie ze stresem?

W dziale badawczym KWS, Australijczyk Benjamin Gruber i jego współpracownicy wyjaśniają w jaki sposób można obserwować, oceniać i ilościowo określać wzrost korzeni. Jego celem jest zbadanie setek roślin w krótkim okresie czasu, aby zaobserwować jak dobrze radzą sobie one ze stresem abiotycznym, takim jak susza lub brak substancji odżywczych. Jest to jedna z przesłanek do identyfikacji nowych genów w roślinach, które zapewniają stabilne plony i tolerancję na suszę. Oba elementy to główne cele hodowlane w KWS.

Obserwowanie korzeni i ich wzrostu w szczegółowy sposób to nie jest proste zadanie: Jeden metr kwadratowy pola zbóż często zawiera od 50 do 90 kilometrów korzeni (od około 40 do 60 kilometrów dla kukurydzy oraz od 20 do 50 kilometrów dla buraka cukrowego). Korzenie buraka cukrowego sięgają nawet do pięciu metrów w głąb ziemi. Najdrobniejsze włośniki są nadal cieńsze niż ludzki włos. W jaki sposób można uzyskać dokładny obraz?

Wykopać, wypłukać i zmierzyć

Sprawdzona metoda dla kukurydzy jest stosunkowo prosta, jest to tzw. podejście „wykopowe”: Podczas takiego „badania wykopowego” roślina wraz z korzeniem jest po prostu wykopywana i opłukiwana z gleby. Następnie korzeń można zmierzyć optycznie za pomocą aparatów fotograficznych i oprogramowania. Na podstawie wielu zdjęć specjaliści w zakresie analizy obrazów i bioinformatycy obliczają liczbę i grubość korzeni oraz ich kąt względem łodygi rośliny.

W głąb ziemi: Skaner znika pod polem uprawnym.

W głąb ziemi: Skaner znika pod polem uprawnym.

Rejestrowane są informacje o systemie korzeniowym korzeni głównych i bocznych oraz wiele innych cech. „Przy jednej lub kilku roślinach, można to ocenić wizualnie. Niemniej jednak, aby stworzyć skuteczne narzędzie do hodowli roślin, musimy zgromadzić setki lub tysiące korzeni. Jest to możliwe tylko w sposób cyfrowy i zautomatyzowany” - mówi Gruber. W celu pomiaru górnej partii korzeni, jego zespół współpracuje z ośrodkiem badawczym Jülich. Nie jest to tylko współpraca: KWS współpracuje z wieloma partnerami na skalę międzynarodową. Są to, między innymi, uniwersytety, inne instytucje, a także firmy.

Obrazy z głębi ziemi

Po tego rodzaju badaniu z łopatą w dłoni, badana roślina staje się jednak bezużyteczna. O wiele lepsze byłoby stałe monitorowanie w warunkach rzeczywistego życia lub w polu. Za pomocą specjalnego wiertła Gruber wierci otwory w ziemi na buraczanych polach. Następnie umieszcza w ziemi przeźroczyste rury. Za pomocą specjalnego skanera jest w stanie uchwycić rosnące korzenie. Dzięki skanowaniu w odstępach dni lub tygodni, otrzymuje on ciągłe obrazy z ziemi.

Brzmi to dosyć prosto, lecz wiąże się z wieloma próbami, modyfikacjami i zmianami podstawowego schematu. Pracownicy warsztatu KWS są doskonale przyzwyczajeni do tego, że Gruber przychodzi do nich ze specjalnymi zadaniami. Nie zaszedłby daleko pracując sam, mówi biotechnolog. Pracownicy polowi pomagają mu wiercić otwory. Kilku hodowców wskazuje na pożądaną i poszukiwaną charakterystykę roślin. Specjaliści od wykrywania obrazów KWS mają swój wkład w wykrywaniu systemu korzeniowego. Nowoczesna hodowla roślin jest możliwa tylko przy współdziałaniu wielu ekspertów.

  • Ludzie w KWS

    Badanie korzeni otwiera ogromny potencjał dla hodowców roślin.

    Benjamin Gruber, Badacz korzeni
    kws_wurzelforscher_benjamin_gruber_portrait_auf_dem_feld.jpg

„Obecnie KWS tworzy nowy zestaw narzędzi, który umożliwi uchwycenie wzrostu korzeni na dużą skalę. Testujemy nowe procesy i doskonalimy to, co zostało już sprawdzone. Później będziemy musieli zrozumieć, która roślina, z jakim kodem genetycznym rośnie w jakiej glebie oraz z jakimi substancjami odżywczymi i zaopatrzeniem w wodę” - mówi Gruber. Wymaga to czasu i pieniędzy. Są to inwestycje w przyszłość firmy, która istnieje od ponad 160 lat i przez cały czas oferuje hodowcom odmiany wysokoplenne. Prorodzinna KWS przeznacza około 17 procent swojego obrotu na badania.

Hodowla wymaga dokładnej obserwacji.

Dokładna obserwacja cech roślin, w celu uzyskania wskazówek do hodowli, jest tak stara jak samo rolnictwo. Przykładowo, pierwsi rolnicy siali zaczynając od najgrubszych ziaren z poprzedniego roku na rok następny. Gregor Mendel obserwował kolor i kształt groszku, aby ustalić zasady dziedziczenia w oparciu o te wyniki. Jeśli chodzi o widoczne i mierzalne właściwości roślin, biolodzy mówią o fenotypach.

Podejście Bena Grubera jest podobne do innych projektów fenotypowania w KWS. Eksperci naukowi KWS gromadzą dane w środowisku za pomocą kamer zamontowanych w dronach albo skanerów podziemnych. Obrazy są zestawiane na komputerze i automatycznie analizowane w celu udzielenia nowych wskazówek hodowcom. „Wszystko to musi działać na skalę przemysłową, przy wietrze i deszczu, w błocie i podczas suszy - nie tylko w laboratorium czy przy 20 roślinach. Hodowla roślin to zawsze kwestia dużych liczb, a ocenionych muszą być tysiące roślin” - wyjaśnia Gruber, przed powrotem do analizy statystycznych swoich danych.

Wstecz do strony głównej „Świat rolnictwa”

Twoja osoba do kontaktów

Thilo Resenhoeft
Thilo Resenhoeft
Wyślij e-mail
KONTAKT