Исследование «тайных глубин» с помощью сканера: как наблюдать за ростом корней?

Как вести наблюдение за ростом корней свеклы на глубине 1,5 метров?

Это достаточно просто. Все, что потребуется, – это широкий бур, длинные трубки из плексигласа, специальный сканер, программы для обработки изображений и сплоченная исследовательская команда KWS.

В поле: Бенджамин Грубер подготавливает сканер для подземного анализа корневой системы.

В поле: Бенджамин Грубер подготавливает сканер для подземного анализа корневой системы.

Глубины океана вероятно исследованы лучше, чем разветвленная корневая система растений. Именно корневая система определяет способность кукурузы, свеклы и других культур поглощать воду или питательные вещества из почвы, а также их потребность в поливе и удобрениях. Таким образом, корни требуют пристального внимания при селекции новых засухоустойчивых и эффективно поглощающих азот сортов.

Оценка устойчивости растений к стрессовым факторам

В научно-исследовательском отделе KWS австралиец Бенджамин Грубер с коллегами изучают способы наблюдения за ростом корней, а также методы их качественной и количественной оценки. Цель исследователей – в сжатый срок провести анализ сотни растений, чтобы оценить их устойчивость к таким абиотическим стрессовым факторам, как засуха или дефицит питательных веществ. Описанная устойчивость является одной из главных характеристик, помогающих выявлять новые гены, отвечающие за стабильность урожая и переносимость засухи – именно этими свойствами селекционеры KWS стремятся наделить создаваемые культуры.

Наблюдение за корнями и их ростом – совсем непростое дело: на участке всего в один квадратный метр корни зерновых могут достигать протяженности 50–90 км (около 40–60 км у кукурузы и 20–50 км у сахарной свеклы). Корни сахарной свеклы уходят вглубь почти на пять метров, при этом толщина корневых волосков может быть тоньше человеческого волоса. Как же получить точную картину?

Выкопать, промыть, оценить

Проверенный способ при работе с кукурузой сравнительно прост и носит название «метода полной раскопки», при котором растение выкапывают вместе с корнем и тщательно промывают от земли. Затем корень оценивают визуально со всех сторон с помощью камер и компьютерных программ. По многочисленным снимкам специалисты по биоинформатике и обработке изображений определяют количество и толщину корней и угол их роста по отношению к стеблю.

Исследование глубин: сканер исчезает под землей.

Исследование глубин: сканер исчезает под землей.

Кроме того, изучается информация о ветвлении главного и придаточного корней и многие другие признаки. «Для этого достаточно визуальной оценки одного или нескольких растений. Но чтобы разработать эффективный инструмент селекции, требуется проанализировать сотни и даже тысячи корневых систем. Это возможно только с помощью автоматизированных цифровых технологий», – говорит Грубер. Для оценки корневой шейки его команда сотрудничает с Юлихским исследовательским центром. Среди партнеров KWS – университеты, институты и компании из разных стран мира.

Снимки из глубин

Однако после раскопки исследуемое растение больше непригодно. Гораздо эффективнее вести непрерывный мониторинг растений в естественных условиях или на поле. С помощью специального бура на свекольных полях Грубер проделывает скважины. Затем вводит в почву прозрачные трубки. Через них специальный сканер будет фиксировать рост корневой системы. Сканирование корней с интервалом в несколько дней или недель обеспечивает непрерывную визуализацию из глубин.

Звучит просто, но для достижения успешного результата требуются неоднократные попытки, модификации и доработки. Сотрудники рабочей группы KWS привыкли к особым заданиям от Бенджамина Грубера. «Работая в одиночку он не смог бы так далеко продвинуться», – говорит биотехнолог. Выездной персонал помогает бурить скважины. Несколько специалистов по селекции составляют подробное описание желаемых свойств и характеристик растений. Эксперты KWS по обработке изображений проводят оценку корневой системы. Современная селекция возможна только при условии взаимодействия команды экспертов.

  • Люди в KWS

    Исследование корневой системы открывает огромный потенциал для селекционной деятельности.

    Benjamin Gruber, исследователь корневой системы растений
    kws_wurzelforscher_benjamin_gruber_portrait_auf_dem_feld.jpg

«В настоящее время KWS создает новый пакет инструментов для более масштабной оценки роста корней. Мы испытываем новые и улучшаем уже зарекомендовавшие себя методы. Позже нам потребуется определить, какие растения и генотипы характерны для определенного типа почв, и объем питательных веществ и воды, который они потребляют», – говорит Грубер. Несомненно, наша исследовательская деятельность требует времени и финансирования. Тем не менее это инвестиции в будущее компании, которая уже более 160 лет предлагает сельхозпроизводителям высокоурожайные сорта. KWS, будучи семейным предприятием, вкладывает в исследовательскую деятельность около 17% от дохода.

Селекция требует точных наблюдений

Достоверные результаты наблюдений за характеристиками растений с целью выявления значимых для селекции признаков применяются на протяжении всей истории развития сельского хозяйства. Так, например, первые земледельцы отбирали для новых посевов самые крупные зерна прошлого урожая. Грегор Мендель проводил наблюдения за цветом и формой гороха, чтобы на основании полученных результатов сформулировать законы наследственности. Под совокупностью различимых и измеряемых характеристик растений биологи понимают фенотипы.

В своей работе Бенджамин Грубер применяет подход, использующийся в аналогичных проектах KWS по фенотипированию. Исследователи KWS собирают данные в полевых условиях с помощью камер, установленных на дронах, или подземных сканеров. Затем изображения поступают на компьютер и автоматически анализируются, чтобы подобрать новые ключи к разгадке тайн селекции. «Исследования должны проводиться в промышленном масштабе, несмотря на ветер, дождь, грязь или засуху, и не ограничиваться лабораторией с 20 образцами. В ходе селекции постоянно возникает множество требующих ответа вопросов, именно поэтому нам предстоит исследовать тысячи растений», – говорит Грубер перед тем, как вернуться к статистическому анализу полученных данных.

Узнать больше

kws_begutachtung_pilliertes_saatgut.jpg

Полезные бактерии для защиты от вредителей и повышения урожайности.

Среди всех живых организмов бактерии наиболее приспособлены к существованию в экстремальных условиях: они могут сохранять жизнеспособность в кипящей воде, концентрированных кислотах и глубоководных морских отложениях серы.

rizomania_gewaechshaus_test.jpg

Селекция сахарной свеклы на устойчивость к болезням и вредителям всегда требует «туза в рукаве»

Французский городок Питивье, расположенный к югу от Парижа, пользуется дурной славой среди свекловодческих хозяйств. В сахарной свекле, произрастающей в данном регионе, было обнаружено множество особо агрессивных разновидностей вирусов...

fasane_auf_dem_feld.jpg

Подробнее о том, как KWS снижает привлекательность органической кукурузы для птиц при помощи растительных экстрактов

Принципы органического земледелия не допускают использования искусственных химикатов, в том числе тех, которые отпугивают птиц от недавно засеянных кукурузой полей. В результате птицы весной иногда до чиста выклевывают зерна на полях сразу же после посева.

Назад к главной странице
«Мир сельского хозяйства»

Контакты

ООО "КВС РУС"
Офис в г. Липецк

398008, Липецк,
площадь Петра Великого, 2,
этаж 8

тел.: +7 (4742) 28 03 10

факс +7 (4742) 28 03 45

Написать электронное письмо

Поиск на Яндекс.Карты

ООО "КВС РУС"
Филиал в г. Краснодар

350051, г. Краснодар,
ул. Рашпилевская, 256, этаж 2

тел.: +7 (861) 238 47 50

тел.: +7 (861) 238 47 51

факс: +7 (861) 238 47 52

Написать электронное письмо

Поиск на Яндекс.Карты

ООО "КВС РУС"
Филиал в г. Москва

115191, г. Москва,
Холодильный переулок, 3к1, строение 10,
1-й этаж

тел. +7 (800) 600 31 01

Написать электронное письмо

Поиск на Яндекс.Карты