Раскрытие «скрытой половины» зерновых с помощью синхротронной визуализации
Новая методика на основе синхротрона, позволяющая получать 3D-изображения сложного взаимодействия почвы и корней, открывает большие перспективы для сельского хозяйства. Исследование, профинансированное Grains Research and Development Corporation (GRDC), может принести пользу австралийской аграрной отрасли, сталкивающейся с проблемами качества почв.
«Долгое время мы называли эту область "скрытой половиной", потому что у нас очень мало информации о том, что происходит там, внизу, где почва, воздух, корни и органическое вещество образуют неоднородный ком, или о том, как оценить наши действия по их улучшению», — пояснил профессор Питер Коппитке из Университета Квинсленда.
Из-за серьезных ограничений, связанных с засолением, закислением и осадконакоплением, сельскохозяйственная отрасль Австралии ежегодно теряет миллиарды долларов. Новая методика, дополняющая существующие полевые исследования, позволяет прогнозировать влияние ключевых питательных веществ и удобрений, вносимых для улучшения качества почвы.
«Корни так же важны, как и надземные побеги, поэтому это значительный шаг вперед в понимании того, приведут ли вмешательства к повышению урожайности», — отметил Коппитке.
В ходе предварительного анализа команда собрала томографические изображения растения пшеницы, удобренного фосфором на глубине около 15 сантиметров. Растения получают питательные вещества из всей глубины почвы, а не только с поверхности. Ранее у фермеров не было возможности заранее определить, даст ли дорогостоящее внесение фосфора на глубине (требующее специального оборудования) прирост урожая.
«Информация скрыта под поверхностью. Для фермера, который делает такие инвестиции и не видит улучшений, это плохая ситуация», — объяснил Коппитке. — «Вы можете ясно видеть, что на глубине внесения фосфорного удобрения наблюдается разрастание корней».
Еще одно преимущество метода — способность синхротронной рентгеновской линии размещать крупные образцы. Образцы для лабораторных рентгеновских исследований обычно размером с банку газировки, что не позволяет охватить обширную корневую систему. «Эти крупные образцы гораздо репрезентативнее того, что на самом деле происходит в реальных полевых условиях», — сказал Коппитке.
Синхротронные данные дополняют информацию, полученную традиционными методами полевого анализа. Команда берет образцы с уже существующих полевых экспериментов (например, финансируемых GRDC) и изучает их на Австралийском синхротроне ANSTO в Мельбурне.
Сложную задачу по обработке изображений взяла на себя постдок Хелен Хоу, временно переведенная на линию визуализации и медицинской диагностики Австралийского синхротрона. «Хотя для экспериментов существует программное обеспечение для реконструкции изображений, потребовалась специальная программа, чтобы разделить и изолировать корни, почву и воздух. Хелен, не являясь почвоведом, но имея опыт в IT, внесла значительный вклад в наши возможности анализа данных», — отметил Коппитке.
«Хотя растения на линии визуализации были и раньше (например, деревья в исследованиях их реакции на засуху), эта работа расширяет возможности анализа на благо сельского хозяйства. Это отличный пример мощности и универсальности нашего центра», — сказал ведущий ученый доктор Даниэль Хаузерманн.
«Мы на полпути к завершению проекта и начинаем обращаться к другим исследователям по всей Австралии, с которыми можем сотрудничать, чтобы добавить ценность их существующей работе», — заключил Коппитке.