Magazín experiment: Co dokáže změřit akustický snímač rostlin? A jak funguje automatizovaný skleník?

Ke sledování fotosyntézy, stavu zalití, ale i nemocí rostlin by zahrádkáři a zemědělci brzy mohli využít nového pomocníka. Brněnští vědci totiž testují zvláštní připínáček. Ten zapíchnou do rostliny a přesně jím zaznamenávají i nejmenší změny v proudění tekutin. Třeba když rostlina začne s východem slunce fotosyntetizovat. Výzkumníci tuto akustickou metodu ale chtějí spojit i s dalšími novými technologiemi, třeba hyperspektrální kamerou.

„Toto je náš akustický snímač, kterým monitorujeme stav rostlinky,“ ukazuje František Vlašic z Mendelovy univerzity v Brně. Drží v ruce zvláštní připínáček, který je kabelem připojený přes elektronickou krabičku až do počítače. „A tento speciální připínáček nyní připíchneme do stonku rostlinky rajčete,“ popisuje.

Fotosyntéza

V každé rostlině proudí voda s živinami, proudění vytváří chvění a senzor to chvění zaznamenává. „Při každé změně, když rostlinka má nedostatek vláhy nebo osvětlení, tak proud se změní. A my můžeme použitím těchto snímačů změny zaznamenat,“ dodává Vlašic.

František Vlašic popisuje graf zachycující průběh fotosyntézy v reakci na změny osvětlení|foto:Michal Šafařík, Český rozhlas

Na experimentu s fotosyntézou si to můžeme ukázat – rostlinku jsme si zavřeli do černého experimentálního stanu, ve kterém jsou dvě zatím zhaslá světla. „Rostlinka je nyní ve tmě a na monitoru počítače můžeme vidět, že signál je stálý beze změny. A nyní si ve stanu rozsvítíme…“

Během dvou vteřin křivka grafu vyrostla výrazně do výšky, a tímto nárůstem můžeme vidět, že začala fotosyntéza. Po zhasnutí ve stanu křivka klesá na původní hodnoty. Brněnští vědci ale takovéto experimenty nedělají jen v černém stanu, ale i venku v přirozeném prostředí na přirozeném světle.

Automatizovaný skleník

Vlastimil Slaný z Mendelovy univerzity ukazuje několik grafů, jejichž křivka pravidelně stoupá a klesá. „Jedná se o denní cyklus rostliny, vrcholy odpovídají největší intenzitě slunečního svitu, a propady zaznamenávají noc, kdy rostlina byla v klidu.“

V experimentálním stavu na rostliny svítí intenzivní pěstební světlo|foto:Michal Šafařík, Český rozhlas

Křivka roste a klesá většinou pravidelně. Někde ale vidíme náhlé skoky. V těch dnech pršelo. Senzor tak zřejmě zaznamenává kromě fotosyntézy i další děje a stavy rostliny. „Například sucho nebo přelití dané rostliny. A to by se mohlo hodit v automatizovaných sklenících.“

Plodiny by v nich byly napíchnuté na tyto senzory a autonomní systém by sám hlídal, jestli je potřeba je zalít nebo třeba více posvítit. Fotosyntézu i míru zalití ovšem můžeme pozorovat i jinými způsoby. Tento by ale mohl být výhodnější. „Od metody akustického snímání si slibujeme, že bude levnější a přesnější,“ předpokládá Slaný.

Odhalí nemoci rostlin

Vědci ale chtějí, aby automatický systém u rostlin uměl odhalit i nemoci. A na to využijí hyperspektrální kameru. Robert Rouš v laboratoři Ústavu informatiky Mendelovy univerzity položil list rajčete na hliníkovou konstrukci a elektronický pojezd ho posunul přímo pod kameru.

„Tato kamera je hyperspektrální, snímá i v jiných spektrech než ve viditelných, a tím pádem můžeme odhalit i nějaké nemoci, které okem nemůžeme vidět. Snažíme se vyvinout metody, kdy z hyperspektrálních dat jsme schopni nemoci zachytit v raných stádiích.“

Hyperspektrální kamera hledá nemoci v listu rajčete|foto:Michal Šafařík, Český rozhlas

První skleník za pět let

A tak s nimi budou moci bojovat dřív a efektivněji. Ve sklenících i na polích by taková hyperspektrální kamera mohla spolu s akustickými senzory hlídat stav plodin. A to nejen rajčat. „Máme za sebou testy i na jiných plodinách jako je kukuřice nebo réva vinná. A v budoucnu bychom se chtěli zaměřit i na jiné plodiny, aby náš systém byl co nejuniverzálnější.“

Mendelova univerzita na výzkumu spolupracuje i se soukromou společností a podpořila ho i Technologická agentura ČR. Pokud vše půjde hladce, první skleník s takovýmto automatizovaným systémem by mohl být na světě zhruba za pět let.