Cu ajutorul scanerului, în terra incognita: Cum poate fi văzută creșterea rădăcinilor?

Adâncimile oceanului sunt probabil mai bine explorate decât rădăcinile fin ramificate ale plantelor din pământ. Rădăcinile sunt cele care determină cât de bine absorb apa sau nutrienții din sol porumbul, sfecla sau alte plante. Prin urmare, într-o oarecare măsură, cât de mult trebuie să irige sau să fertilizeze fermierul. De aceea, rădăcinile sunt un factor important în ameliorarea noilor specii de plante tolerante la secetă sau cu un consum eficient de azot.

Cât de bine rezistă plantele la stress?

În departamentul de cercetare KWS, australianul Benjamin Gruber și colegii săi explică modul în care creșterea rădăcinilor poate fi observată, evaluată și cuantificată. Scopul său este de a testa sute de plante într-o perioadă scurtă de timp pentru a vedea cât de bine pot face față stresului abiotic, cum ar fi seceta sau lipsa de nutrienți. Aceasta este una dintre condițiile preliminare pentru identificarea de noi gene în plante care să asigure producții stabile și toleranță la secetă. Ambele sunt obiective majore de ameliorare la KWS.

Observarea în detaliu a rădăcinilor și a dezvoltării lor nu este nicidecum facilă: un metru pătrat de câmp de cereale conține adesea 50 - 90 de kilometri de rădăcini (aproximativ 40 - 60 de kilometri pentru porumb și 20 - 50 de kilometri pentru sfecla de zahăr). Rădăcinile sfeclei de zahăr coboară în sol până la cinci metri adâncime. Cele mai fine fire de rădăcină sunt considerabil mai subțiri decât firul de păr uman. Cum se poate obține o imagine exactă?

Săpați, clătiți și măsurați

Un experiment care și-a dovedit eficacitatea la porumb folosește o abordare relativ simplă, așa-numita „cercetare la lopată”: planta, cu rădăcină cu tot, este pur și simplu dezgropată, iar solul este spălat complet. Apoi, rădăcina poate fi măsurată optic cu camere și programe speciale. Din imagini multiple, specialiștii în analiza imaginii și bioinformaticienii calculează numărul și grosimea rădăcinilor și unghiul lor în raport cu tulpina plantei.

„În prezent, KWS creează un nou set de instrumente pentru a vizualiza creșterea rădăcinilor pe scară largă. Testăm noi procese și perfecționăm ceea ce s-a dovedit deja. Mai târziu, trebuie să înțelegem ce plantă, cu ce structură genetică, se dezvoltă într-un anumit sol și cu ce nutrient și rezervă de apă este alimentată ", spune Gruber. Acest lucru cere timp și bani. Ambele sunt investiții în viitorul unei companii care există de mai mult de 160 de ani și continuă să ofere fermierilor hibrizi cu o productivitate ridicată.

Ameliorarea necesită o observare precisă

Observarea exactă a trăsăturilor plantelor, cu scopul de a obține indicații pentru ameliorare, este la fel de veche ca agricultura în sine. De exemplu, primii fermieri au păstrat pentru semănat cele mai bine dezvoltate semințe de cereale ale anului precedent. Gregor Mendel a observat culoarea și forma boabelor de mazăre și și-a stabilit legile eredității pe baza acestor rezultate. Pentru a desemna proprietățile vizibile și măsurabile ale plantelor, biologii vorbesc despre fenotipuri.

Abordarea lui Ben Gruber este similară cu alte proiecte de fenotipare la KWS. Experții de cercetare KWS colectează date din mediul înconjurător, fie cu ajutorul unor camere amplasate pe drone, fie cu ajutorul scanerelor subterane. Imaginile sunt confruntate pe computer și analizate automat pentru a da noi indicii crescătorilor. „Toate acestea trebuie să funcționeze la scară industrială, în vânt și ploaie, în noroi și în secetă - nu doar într-un laborator sau cu 20 de plante. Ameliorarea plantelor este o activitate la scară mare, mii de plante trebuie evaluate", explică Gruber, înainte de a reveni la analiza statistică a datelor sale.