Роботы в теплицах

KWS_Phenofactory_Ben-Gruber.jpg

Компания KWS использует в своих исследованиях признаков стресса, вызванного засухой, современную систему фенотипирования растений кукурузы и сахарной свеклы.

Иногда исследование напоминает видеоигру: команда роботов Бенджамина Грубера, который управляет их действиями в теплице с ноутбука, готова и ждет на старте. Перед этим биолог компании KWS точно определил все передвижения и маршруты своей интерактивной команды. Когда и какой робот покинет свою позицию, чтобы подойти к одному из пронумерованных столов с рассадой? В каком порядке растения будут доставляться на различные станции в ходе испытаний?

Для обеспечения бесперебойной работы необходима дальновидная стратегия. Многие столы с рассадой нужны для совместного исследовательского проекта с участием биологов и физиков компании KWS, целью которого является фенотипирование кукурузы и сахарной свеклы в теплице. Фенотипирование – это процесс точного измерения и анализа параметров внешнего вида растения, т.е. его фенотипа. С его помощью можно учесть влияние как факторов окружающей среды, так и генетических ресурсов растения.

Грубер и его коллеги работают в направлении, которое особенно актуально для сельхозпроизводителей: они исследуют свойства, связанные с устойчивостью к засухе. «Мы до сих пор не знаем, какие гены активно включаются в работу, когда растения испытывают стресс при засухе», – объясняет биолог. Тем не менее, по словам Грубера, глубокое изучение этого вопроса важно для эффективной поддержки селекции засухоустойчивых сортов в будущем.

Цифровые решения уже давно широко применяются в полевых условиях, а сейчас они все больше используются в замкнутом пространстве теплицы. Плоские, на первый взгляд незаметные роботы Lowpad напоминают передвижные подъемные платформы. «Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в логистических центрах компаний, отправляющих интернет-заказы по почте, а теперь работают и для нас», – объясняет Грубер. Роботы, которых он выбрал для исследовательского проекта, обладают большей гибкостью, чем, например, ленточные конвейеры. Это делает их идеальными для перемещения столов с рассадой, каждый из которых весит более 50 килограммов, на различные станции в теплице.

Растения кукурузы и сахарной свеклы регулярно взвешивают, чтобы определить, сколько воды они потребляют в течение всего дня. Затем информация о транспирации объединяется с другими данными. Система датчиков на потолке измеряет разницу в температуре и влажности. «Эти параметры крайне важны для устьиц листьев и, следовательно, для потребления воды растениями, – объясняет Грубер. – Мы надеемся, что наш подход поможет 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 формирование урожайности и его физиологические аспекты, исследователи компании KWS тщательно изучают внешние признаки растений. Среди прочего, ученые наблюдают за тем, как меняются форма, размер и вес растений по мере их развития. Для этого роботы транспортируют столы с рассадой на другую станцию, – «Фабрику фенотипирования» (PhenoFactory).

На фоне синих стен в помещении фабрики зеленый цвет растений выделяется особенно ярко. Установленные на фабрике камеры срабатывают автоматически после того, как роботы поставят столы с рассадой в правильное положение. Фотографии позволяют увидеть содержание воды в растениях. Растения сканируются со всех сторон, чтобы собрать данные с разных перспектив. Грубер говорит: «Эта технология позволяет нам собирать данные 24 часа в сутки, 365 дней в году. Такая высокая частота исследований важна для получения достоверных и сопоставимых результатов».

Влияние на сопоставимость начинается еще до начала исследований, – в момент посева растений. По этой причине важно выбрать правильную культуру-предшественника, чтобы впоследствии изучить такие признаки, как размер, посредством визуальной оценки растений, которые имеют наиболее однородные генетически идентичные характеристики.

Со станции «Фабрика фенотипирования» роботы отвозят столы с рассадой на свои места. Затем они возвращаются на стартовую площадку, где будут ждать дальнейших указаний. «Технология помогает нам в исследованиях, но не может заменить собой ноу-хау и опыт», – говорит Грубер, добавляя, что опыт и компетентность человека останутся незаменимы, особенно при анализе собранных данных.