Licht auf effizientere Wege zur Züchtung von Maniok werfen

Pflanzenzüchter suchen immer nach Möglichkeiten, eine Kultur zu verbessern. Sie wissen, dass selbst kleine Qualitäts- und Quantitätsunterschiede große Gewinnunterschiede für die Landwirte bedeuten können. Wenn Sie also den Züchtungsprozess schneller und billiger gestalten, ist es wahrscheinlicher, dass sie Erfolg haben werden.

Eine beliebte Cash Crop in Nigeria, an deren Verbesserung die Züchter arbeiten, ist Maniok. Ähnlich wie eine Süßkartoffel hat sie Knollenwurzeln. Von außen mag es wie eine Süßkartoffel aussehen, aber der meiste Maniok ist innen weiß. Maniokwurzeln sind reich an Kohlenhydraten. In Nigeria (und den meisten Teilen Afrikas) wird der meiste Maniok für Lebensmittel angebaut und nicht für den Verkauf an industrielle Verarbeiter. Landwirte in Südostasien und Südamerika bauen Maniok hauptsächlich für industrielle Zwecke an.

Die Wurzelqualität ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg neuer Cassava-Sorten. Leider können einige Eigenschaften der Wurzelqualität schwierig und zeitaufwändig zu messen sein. Wenn Züchter die Qualität von Maniokwurzeln bestimmen, ist der „Trockenmassegehalt“ äußerst wichtig. Dies ist der Prozentsatz der Wurzel, der kein Wasser ist. Das Problem ist, dass die Messung des Wurzeltrockenmassegehalts ein schwieriger und zeitaufwändiger Prozess ist.

Jenna Hershberger, eine Forscherin an der Clemson University, testete zusammen mit Mitarbeitern des IITA in Nigeria ein tragbares Gerät namens Spektrometer, um zu sehen, ob es diesen Schlüsselindikator für Qualität genau messen kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Das Pflanzenphänomen-Journaleine Veröffentlichung der Crop Science Society of America.

„Die Durchführung eines Zuchtprogramms beinhaltet viele Kompromisse“, sagt Hershberger. „Die Verringerung des Arbeitsaufwands bei der Messung von Qualitätsmerkmalen könnte bedeuten, dass mehr Aufwand für andere Aspekte des Züchtungsprogramms aufgewendet werden kann. Dazu kann die Erhöhung der Anzahl der Pflanzen gehören, die gescreent werden können. Letztendlich könnte dies bedeuten, den Erzeugern verbesserte Sorten zu liefern effizienter.“

Wurzeltrockenmasse wird traditionell gemessen, indem Wurzelstücke vor und nach dem Trocknen in einem Ofen gewogen werden. Obwohl diese Methode genau ist, ist sie zeitaufwändig und arbeitsintensiv bei der Verarbeitung von Wurzeln aus einem ganzen Feldversuch, stellt sie fest.

Um diesen Prozess zu beschleunigen, untersuchten die Forscher die Verwendung eines kostengünstigen tragbaren Nahinfrarot-Spektrometers. In ihrer Studie haben sie diese neue Methode zur Vorhersage des Wurzeltrockenmassegehalts erfolgreich entwickelt und getestet. Das neue Verfahren wird auch die Anzahl der Proben reduzieren, die in einem Ofen getrocknet werden müssen.

Die Verwendung eines Spektrometers könnte möglicherweise zwei bis drei Personen während eines Feldversuchs etwa eine ganze Woche Arbeit ersparen, sagt Hershberger. Darüber hinaus verbinden sich die Spektrometer über Bluetooth mit Smartphones, um eine optimierte Datenerfassung zu ermöglichen.

Ein Spektrometer funktioniert, indem es einen Lichtimpuls aussendet. Das Licht trifft auf die Oberfläche der Maniokwurzel und wird zurückreflektiert. Die einzigartigen Eigenschaften des Maniok beeinflussen das genaue Lichtmuster, das reflektiert wird. Forscher können Mathematik verwenden, um statistische Modelle zu erstellen und zu verwenden, die die Reflexionsmuster und ihre Bedeutung lernen. Dies hilft ihnen, den Gehalt an Wurzeltrockenmasse in Maniok vorherzusagen.

„Wir haben statistische Modelle verwendet, um die Muster der spektralen Reflexion mit dem Gehalt an Wurzeltrockenmasse für 10 Maniok-Feldversuche in Beziehung zu setzen“, erklärt Hershberger. „Für alle unsere Versuche haben wir traditionelle Merkmalsmessungen mit Spektren von unserem tragbaren Spektrometer gepaart. Anschließend haben wir Modelle mit verschiedenen Teilmengen dieses Datensatzes trainiert und getestet. Dies half uns, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie gut die Modelle den Trockenmassegehalt vorhersagen konnten wenn sie nur mit Spektren versehen sind.“

Durch ihre Arbeit fanden sie heraus, dass es wichtig ist, die Umgebung, in der der Maniok wächst, im Modell zu berücksichtigen. Die besten Modelle sollten mit Proben aus einer Vielzahl von Wachstumsbedingungen trainiert und auf dem Laufenden gehalten werden.

„Diese neue Methode ist nicht eins und fertig“, sagt Hershberger. „Ein einziger Scan mit einem Spektrometer kann verwendet werden, um viele verschiedene Merkmale vorherzusagen. Allerdings muss für jede Merkmals- und Pflanzenkombination ein separates Modell trainiert werden. Die Modelle müssen in jedem Zuchtprogramm auf Genauigkeit getestet werden und sollten routinemäßig aktualisiert werden, um einen anhaltenden Erfolg sicherzustellen .“

„Mir liegt Ernährungssicherheit am Herzen“, sagt sie. „Ich sehe die Pflanzenzüchtung als eine der besten Möglichkeiten, darauf hinzuarbeiten. Maniok ist ein Grundnahrungsmittel für Hunderte von Millionen Menschen. Wenn wir also Maniok verbessern können, können wir möglicherweise einen großen Einfluss haben.“