Çin, Dünyanın İlk Robotik Tarım Tesisiyle Hibrit Ürün Geliştirme Hızını Yüzde 400 Artırdı

Çinli bilim insanları, “robota uyumlu” gen düzenleme ile YZ destekli robotik stratejisini birleştirerek yeni hibrit ürün geliştirme hızını beş kata çıkardı. Bitki organlarını robotların erişimine daha açık hale getiren gen düzenleme sayesinde, manuel yöntemlere kıyasla yeni nesiller çok daha hızlı üretildi. Ekip, biyoteknoloji, YZ ve robotikleri bir araya getirerek akıllı bir ıslah fabrikası kurdu; böylece tat, stres ve hastalık direnci gibi istenen özelliklere sahip yeni hibrit çeşitler bir yıl içinde geliştirilebilir hale geldi, geçmişte aynı süreç beş yıl sürebiliyordu. İnsan iş gücü maliyeti de düşecek. “YZ teknolojilerinin entegrasyonu tarımsal sistemleri dönüştürüyor ve robotikler hassas tarımda giderek daha fazla uygulama alanı buluyor.” değerlendirmesi, pazartesi günü hakemli Cell dergisinde yayımlanan makalede yer aldı.

Sahada ekim, yabancı ot temizleme, pestisit püskürtme, hastalık izleme ve hasatta YZ robotları kullanılmasına rağmen, bitki ıslahının otomasyonu çeşitli sınırlamalarla karşı karşıyaydı. Bazı bitkilerin dişi üreme organı olan stigması dışa uzanmış durumda; evcilleştirme süreci nedeniyle birçok hibrit üründe stigma içe gömülü ya da örtülü. Bu durum, polenleyiciler ya da stigmayı açmak için manuel işlem gerektiriyor. Kendine tozlaşmayı engellemek amacıyla polen üreten kısımların alınması anlamına gelen emasculasyon işlemi de çoğunlukla elle yapılıyor ve genetik çeşitliliği azaltabiliyor. Çin’de yalnızca manuel emasculasyon ve tozlaşma, hibrit ıslah maliyetinin yüzde 25’inden fazlasını oluşturuyor. Domates gibi çoğu ticari tohumun hibrit olduğu özel ürünlerde işçilik maliyeti özellikle yüksek.

Bu otomasyon engelini aşmanın bir yolu, canlı polen üretmeyen erkek kısır hatlar ile dışa uzanan stigmalı yapılar elde etmek. Çin Bilimler Akademisi, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi ve Tsinghua Üniversitesi’nden araştırmacılar, gen düzenleme ile stigması dışa uzanan, “robota uyumlu” erkek kısır domates hatları geliştirdi. Sıkı çiçek yapısı nedeniyle tozlaşmaya erişimi kısıtlı olan soya için de benzer hatlar üretildi. Ekip, “Derin öğrenme ve YZ robotikleri ile entegre ederek, tozlaşmayı otomatikleştiren, hibrit ıslah ve tohum üretimindeki kritik darboğazı aşan özel bir robot geliştirdik” dedi. Akademinin yayımladığı bir makaleye göre robot, otonom devriye ve çapraz tozlaşma yapabilen dünyanın ilk akıllı ıslah robotu niteliğini taşıyor.

Araştırmacılar, GEAIR adı verilen sistemi eğitmek için derin sinir ağı modeli geliştirdi ve tozlaşmaya hazır çiçeklerin tespitinde binlerce görüntüyle eğitim yaptı. Model, tozlaşmaya uygun çiçekleri yüzde 85 tespit doğruluğu ile işaretledi. Robot, çiçekleri tespit ettikten sonra stigmanın 3B konumunu kestirip tozlaşmayı yürütüyor. Tek bir çiçeğin tozlaşması yaklaşık 15 saniye sürüyor; manuel tozlaşmadan üç kat hızlı. Ticari bir domates serasında yapılan denemelerde robotik çapraz tozlaşma yaklaşık yüzde 78 başarı oranı sağladı; manuel işlemlerde oran yaklaşık yüzde 92 olarak ölçüldü. “Buradaki daha düşük başarı oranına rağmen GEAIR’ın rutin, kesintisiz ve otomatik tozlaşma yapabilmesi, verim ve tutarlılık açısından insan kapasitesini aşıyor.” ifadesi araştırmacıların değerlendirmesinde yer aldı.

Ticari ıslah uzun vadede genetik çeşitliliğin azalmasına yol açabiliyor. Çeşitliliği geri kazandırmak ve arzu edilen özellikleri eklemek, akraba yabani türlerle çaprazlama gibi zaman alan süreçler gerektiriyor. De novo evcilleştirme yani yabani türlerin hızla değiştirilerek yeni çeşitlere dönüştürülmesi, hızlandırılmış ıslah yöntemleriyle optimize edildiğinde yılda birkaç nesil elde etmeyi mümkün kılabiliyor. Hibrit ıslah açısından, LED aydınlatmanın kullanıldığı kontrollü ortamlarda böcek tozlayıcıların yön bulma güçlüğü ve manuel tozlaşmanın maliyeti ilerlemeyi sınırlıyordu. Ekip, robotik sistemi yabani domates türlerine uygulayarak yılda beş nesil döngüye ulaştı; süreç sonunda tuz-alkali toleransı ve daha zengin aroma özelliklerine sahip bir ebeveyn hatı geliştirildi ve değerli ürün çeşitlerinin üretimi için temel sağlandı. Akademi makalesine göre akıllı ıslah süreci, yabani türlerin yeni hibrit ıslahında değerlendirilmesini “beş yıldan yalnızca bir yıla” indirdi. “GEAIR, de novo evcilleştirme ve hızlandırılmış ıslahın entegrasyonu, sınırlı alanlarda kaynak girdilerini azaltarak üstün çeşit geliştirme hızını artırma potansiyeline sahip” diyen ekip, “Biyoteknolojinin, hassas tarımın ihtiyaçlarına uygun YZ-dostu ürün özelliklerinin hızlı tasarımı ve yaratımı için nasıl değerlendirilebileceğine dair bir model sunuyor.” şeklinde ekledi.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://www.scmp.com/news/china/science/article/3321657/china-boosts-hybrid-crop-development-speed-400-world-first-robotic-breeding-plant