En grupp forskare vid SLU har utvecklat en utrustning, Phenocave, för helautomatiserade plantmätningar i klimatkammare och växthus. Det sparar inte bara tid, utan ger högre precision och möjlighet till fler och helt andra typer av mätningar än vad som är möjligt med konventionella manuella metoder. Instruktioner för att bygga Phenocave finns i vetenskapliga artikeln.
Mätningar på plantor är ett återkommande arbete vid förädling och annan forskning på växter. Ett arbete som oftast är helt eller till stor del manuellt och normalt mycket tidskrävande. Många mätmetoder, såsom biomassamätning genom klippning och vägning av plantmaterial, är destruktiva och omöjliggör ytterligare mätningar på samma plantor. Växtförädlares utvärdering av sortförsök baseras därför normalt på slutskörden och man missar därmed hur växterna utvecklas i olika faser.
En grupp forskare vid SLU tillsammans med samarbetspartners har nu utvecklat ett helautomatiserat system, Phenocave, för icke destruktiva plantmätningar i klimatkammare och växthus. Det förbättrar växtförädlares underlag för urval i testat växtmaterial. Systemet som bygger på bildanalys har hög effektivitet i datainsamlingen. Till skillnad från befintliga automatiserade system är det både billigt att bygga, går att använda i små utrymmen, är lättanvänt samt fungerar i olika växtslag och olika stadier av växternas liv. En ytterligare fördel med detta system är att växterna inte flyttas omkring. Andra system där växterna odlas och analyseras på ett transportband eller där plantorna manuellt måste flyttas till en analysenhet, riskerar att skada eller påverka plantorna.
En klimatkammare är ett litet rum där det går att styra olika klimatfaktorer som påverkar växters tillväxt, såsom luftfuktighet, ljusintensitet, temperatur mm. Phenocave byggdes för att kunna studera växters tillväxt under varierande klimatförhållanden. Det gör det möjligt att undersöka hur växter reagerar på olika typer av stress såsom torka, värme och köld genom att regelbundet ta bilder av plantorna som sedan analyseras med bildanalys. Med en Phenocave som utför automatiska analyser med hög precision så uppgraderas klimatkammaren till en ännu värdefullare facilitet. Phenocave sparar tid och ger en högre precision eftersom fler samt olika typer av mätningar kan utföras när icke destruktiva metoder används.
Phenocave består av ett stativ som placeras över växterna. På stativet monteras olika typer av kameror och sensorer som kan röra sig i x- och y-led, vilket möjliggör mätningar överallt inom Phenocaves yta. Exakt vilka kameror och sensorer som används anpassas efter behovet och kan bytas under försöksperioden. I Phenocave programmeras växternas exakta position i rummet, när bilder ska tas samt med vilken utrusning. Alla försökets mätningar kan programmeras på en gång så att alla mätningar sedan sköts helt automatiskt.
Hitintills har dock skötsel av plantorna i form av vattning fått fortsätta på manuellt vis. I projektet har även en mjukvara utvecklats för bildanalys av växtbiomassan i de tagna bilderna som sedan används för att studera växternas tillväxt. Phenocaveprototypen är placerad i Biotronen på SLU i Alnarp. Biotronen är en relativt ny odlingsfacilitet i Alnarp där man med hög precision kan styra klimatet i enskilda klimatkammare. Phenocave kan enkelt monteras ner och flyttas och kan även användas i växthus.
Hitintills har Phenocave testats med goda resultat vid mätning av torkstress i vete samt till utsädesbehandlingar i sockerbetor.
- Allting tyder på att utrustningen ska fungera väl även för andra egenskaper och i andra växtslag, säger Aakash Chawade, universitetslektor och forskare på Sveriges lantbruksuniversitet (SLU).
I testerna stämde den digitalt bestämda biomassan väl överens med manuellt uppmätt biomassa vid olika mättillfällen. Tidsåtgången för biomassamätning reducerades till en bråkdel jämfört med konventionell metodik.
Några exempel på vad Phenocave kan användas till framöver är för att jämföra växtsorter vid olika odlingsbehandlingar, sjukdomsresistens och påverkan av olika klimatfaktorer. Forskarna har ingen tanke på att börja sälja mätutrustningen utan andra intresserade kan bygga sin egen utrustning och anpassa den till sina behov utifrån beskrivningar i den vetenskapliga artikeln.
- Nästa steg skulle vara att även automatisera dataöverföringen och bevattningen, säger Aakash Chawade.
Aakash Chawade, Universitetslektor
Institutionen för växtförädling
aakash.chawade@slu.se, +4640415328
Leiva, F., Vallenback, P., Ekblad, T., Johansson, E., & Chawade, A. (2021). Phenocave: An Automated, Standalone, and Affordable Phenotyping System for Controlled Growth Conditions. Plants, 10(9), 1817. https://doi.org/10.3390/plants10091817
(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Fotograf ska anges.)
Projektet har gjorts i samarbete mellan SLU, Lantmännen Lantbruk och MariboHilleshög Research och finansierats av SLU Grogrund och NordForsk.
Prototypen i försöket har byggts av Eltech automation AB i Lomma.
Mer om SLU Grogrund:
https://www.slu.se/grogrund
