培育耐热植物以对抗气候变化

气候变化给植物育种者带来了重大挑战。夏天一年比一年热:今年夏天，德国经历了高达40°C的热浪。

由此导致的干旱不可避免地影响了植物。如果有充足的水供应，这些植物可以通过蒸发来冷却自己。然而，在干旱胁迫下，它们无法做到这一点。这就是为什么植物育种家希望开发出耐热、抗旱的植物，这种植物可以在缺水的情况下存活，同时使用尽可能少的化肥和杀虫剂，仍能获得良好的产量。

育种家一直得到夫劳恩霍夫EZRT研究人员的支持，该研究机构多年来一直在研究确定植物表型的技术。这是指它们的外观，包括许多因素，如叶的大小，叶的排列，根的厚度和产量。

Fraunhofer x射线技术发展中心特定应用方法和系统(AMS)负责人Stefan Gerth博士解释说:“几千年来，人们一直在根据外部特征选择作物。”“我们正在开发技术，客观地衡量这些表型特征，并基于这些数据优化育种。”

格特的研究团队已经开发出了用于农业应用的现场机器人DeBiFix(如图)。当DeBiFix穿过密密麻麻的麦穗时，它会不断地拍摄植株的x射线图像。同时，它使用光学系统生成3D图像。这对拥有机器人工作的田地的育种者来说是很重要的信息:它可以让他们从本质上看小麦的耳朵内部，并确定他们所培育的品种是否会产生好产量。

跨地区夫琅和费智能农业项目最重要的目标是支持育种者。作为该项目的一部分，夫琅和费植物表型分析技术中心正在巴伐利亚州的特里斯多夫启动。在这里，格特博士和他的同事们打算发展他们的专业知识，并将其转化为现实生活中的应用。特里斯多夫是德国最小的有大学的城镇，是农业教学机构和Weihenstephan-Triesdorf应用科学大学的所在地，使其成为跨地区的农业中心。Fraunhofer IIS与位于那里的数字农业能力中心密切合作。

在Fraunhofer EZRT实验室的小隔间里，Gerth展示了育种者在气候控制环境下如何工作。在x光机前一条狭窄的传送带上，各种作物的花盆整齐地排列着。x光机的门打开了，一个罐子滚了进来。一旦门关上，罐子就会接受计算机断层扫描和其他测试。五分钟后，该下一锅了。

格特说:“十多年前，我们开始用x射线照射马铃薯，以获得关于马铃薯块茎生长的信息。”“基于3D x射线扫描，我们可以确定块茎的重量，而不必把它们挖出来。”这一过程被用于诸如选择特别耐热的品种等任务。为此，植物被置于实验室隔间内的热压力下。扫描结果显示，哪些植物能最有效地应对压力，在高温下也能形成结实的块茎。

虽然第一次计算机断层扫描只能拍到粗根和块茎，但新系统也能捕捉到小麦微妙的地下根结构。格特说:“我们的新x光机是对地下植物进行x光检查的最现代化、最强大的系统。”

夫琅和费EZRT的研究人员也在对植物在地面上的部分进行3D数字成像，比如小麦的叶子和麦穗。这些数据不仅可以用来确定叶子表面的面积;3D图像还提供了植物耐热性的信息，回答了一些关键问题，如植物是否会抬起叶子来保护自己免受阳光的伤害，或者是否会因为压力而卷起叶子。

Fraunhofer EZRT的光学植物识别系统的效率已经在种子公司Strube D&S的一个试验田中得到了证明。在这种情况下，使用了“BlueBob”原型野外机器人。这个田间机器人可以自行导航，自动清除甜菜地里的杂草。当它在植物行之间移动时，它会用多光谱相机记录下所有活着的植物的图像。

斯特鲁贝种子研究技术中心负责人Christian Hügel解释说:“通过使用人工智能，分析每一株植物的表型，并将其归类为杂草或甜菜。”如果BlueBob 2.0发现了杂草，它就会用锄头工具将其从地面清除。它清除行之间(使用静态工具)和行内部(使用移动工具)的杂草。结果，几乎所有甜菜植株周围的杂草都被清除了。这意味着化学除草剂的使用可以大幅减少。

特里斯多夫新中心的一个主要工作包将涉及处理表型分型过程中获得的数据。格特强调说:“我们的主要目标是利用我们的技术来支持中小型植物育种者。”

养活地球上迅速增长的人口是一个令人烦恼的挑战，需要新的工程和技术解决方案来解决这个问题。

今年6月，斯坦福大学领导的一项研究表明减少空气污染将提高普通作物的产量由于氮氧化物对植物生长发育的抑制作用。许多国家最常见的空气污染物，主要是由于汽车尾气排放，已证明会降低作物产量。

今年早些时候，也有人提出在全球范围内重新安置农田可以大幅减少碳排放．科学家绘制了一幅地图，显示了世界上主要粮食作物应该种植的地方，以最大限度地提高产量和减少对环境的影响。这可以捕获大量的碳，增加生物多样性，并将农业淡水的使用减少到零。

与此同时，为了使绿色领域更加绿色——无论它们可能在哪里——一个国际研究合作正在寻找新的方法使用生物可降解传感器监测作物生长它们可以在使用寿命结束时进行堆肥，从而减少农业电子垃圾。