Datenbasierte Optimierung des Wachstums
OPTIMIERUNG WACHSTUMSPROTOKOLLE
Die Optimierung des Pflanzenwachstums erfordert eine Kombination von Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, wobei jedem Einzelnen eine angemessene Wichtigkeit und Aufmerksamkeit zukommen zu lassen ist.
Um das Wachstum einer Pflanze zu optimieren, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, darunter:
Belichtung
Pflanzen benötigen ausreichend Licht, um die Photosynthese zu betreiben, also den Prozess, bei dem Energie für die Pflanze gewonnen wird. Die Menge und Qualität des Lichts, das eine Pflanze erhält, kann ihr Wachstum und ihre Entwicklung beeinflussen.
Bewässerung
Pflanzen brauchen Wasser, um wichtige Funktionen wie die Nährstoffaufnahme und die Photosynthese zu erfüllen. Die Menge und Häufigkeit der Bewässerung kann das Pflanzenwachstum beeinflussen, da einige Pflanzen mehr Wasser benötigen als andere.
Substrat
Die Qualität und Zusammensetzung des Bodensubstrates kann das Pflanzenwachstum beeinflussen. Pflanzen brauchen eine geeignete Bodenart, Nährstoffe und einen angemessenen pH-Wert, um zu gedeihen.
Temperatur
Pflanzen haben spezifische Temperaturanforderungen, und extreme Temperaturen können ihnen schaden oder sie töten. Für ein optimales Wachstum ist es wichtig, angemessene Temperaturen einzuhalten.
Nährstoffe
Pflanzen benötigen eine Reihe von Nährstoffen, wie Stickstoff, Phosphor und Kalium, um zu wachsen und sich richtig zu entwickeln. Ein ausgewogenes Verhältnis von Nährstoffen kann das Pflanzenwachstum fördern.
Schädlinge und Krankeit
Schädlinge und Krankheiten können das Pflanzenwachstum beeinträchtigen, daher ist es wichtig, sie wo immer möglich von den Pflanzen fern zu halten, zu überwachen und angemessen zu behandeln.
Atmosphäre
Die atmosphärische Zusammensetzung ist entscheidend für das Wachstum der Pflanze und deren CO2-Fixierung. Fremdgase können ein Wachstum hindern und müssen daher kontrolliert werden.
Genetik
Die Genetik der Pflanze kann sich auf ihr Wachstumspotenzial auswirken. Verschiedene Pflanzensorten können unterschiedliche Pflege- und Umweltbedingungen für ein optimales Wachstum erfordern.
Phänotyp
Für jede Art kann eine Pflanze nur soweit ein Wachstum, Inhaltsstoffe oder andere Merkmale Ausbilden, wie dies die Genetik zulässt. Diese Phänotypischen merkmale lassen eine Unterscheidung der Arten zu.
Insgesamt erfordert die Optimierung des Pflanzenwachstums eine Vielzahl an Faktoren in Kombination, die sich gegenseitig ebenfalls Beeinflussen.
CAPSERO hat die Möglichkeit, einen digitalen Zwilling einer Pflanze zu erstellen und zu simulieren, wie sich die Pflanze in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren verhält. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell, das die physischen Eigenschaften und Verhaltensweisen eines realen Objekts oder Systems nachbildet und zur Simulation und Optimierung der Leistung des realen Objekts oder Systems verwendet werden kann.
Im Falle einer Pflanze kann ein digitaler Zwilling mit Hilfe von CAD-Software erstellt werden, um die physische Struktur und die Eigenschaften der Pflanze, wie Größe, Form und Blattstruktur, nachzubilden. Der digitale Zwilling kann weiter auch Daten über die genetische Beschaffenheit der Pflanze, ihre Wachstumsmuster und ihre Reaktionen auf verschiedene Umweltfaktoren wie Licht, Wasser und Nährstoffe enthalten.
Sobald der digitale Zwilling erstellt ist, kann er verwendet werden, um zu simulieren, wie die Pflanze auf verschiedene Einflussfaktoren reagieren würde. Mit dem digitalen Zwilling kann beispielsweise getestet werden, wie sich Änderungen der Lichtintensität, des Nährstoffgehalts oder der Beschneidungshäufigkeit auf das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze auswirken. Die Ergebnisse dieser Simulationen können dann genutzt werden, um das Wachstum der Pflanze in der realen Welt zu optimieren.
Digitale Zwillinge von Pflanzen sind noch ein relativ neues Konzept, und es gibt viele Herausforderungen bei der Erstellung genauer und zuverlässiger Modelle. Mit dem weiteren Fortschreiten der Technologie können digitale Zwillinge jedoch zu einem immer nützlicheren Instrument für die Optimierung des Pflanzenwachstums und die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität werden.
Digitaler Zwilling und Prognosen
Die Erstellung eines digitalen Zwillings einer Pflanze erfordert den Einsatz verschiedener Technologien, je nach Detailgrad und Komplexität des Modells. Hier sind einige der Technologien, die verwendet werden können, aufgelistet:
Computergestützte Konstruktionssoftware (CAD)
Diese Art von Software wird zur Erstellung von 3D-Modellen von physischen Objekten, einschliesslich Pflanzen, verwendet. Mit CAD-Software können Konstrukteure detaillierte Modelle von Pflanzenstrukturen, einschliesslich Blättern, Stängeln und Wurzeln, erstellen.
3D-Scannen
Mit der 3D-Scantechnologie können detaillierte Bilder von realen Pflanzen aufgenommen werden, die dann zur Erstellung digitaler Modelle verwendet werden können. Mit dieser Technologie lassen sich hochpräzise und detaillierte Modelle von echten Pflanzen sehr schnell und effizient erstellen.
Bildbearbeitungssoftware
Bildbearbeitungssoftware kann zur Analyse und Bearbeitung von Pflanzenbildern verwendet werden. Mit dieser Technologie lassen sich Daten zu Pflanzenmerkmalen wie Blattgröße und -form extrahieren, die dann zur Erstellung digitaler Modelle verwendet werden können.
Künstliche Intelligenz (KI)
Mithilfe von KI lassen sich grosse Datenmengen zu Wachstumsmustern von Pflanzen, zu ihren Reaktionen auf verschiedene Umweltfaktoren und zu ihrer genetischen Beschaffenheit analysieren. Anhand dieser Daten können digitale Modelle des Pflanzenverhaltens erstellt und Vorhersagen darüber getroffen werden, wie die Pflanzen auf unterschiedliche Bedingungen reagieren werden.
Simulations-Software
Sobald ein digitaler Zwilling einer Pflanze erstellt wurde, kann mit Hilfe von Simulationssoftware simuliert werden, wie sich die Pflanze in verschiedenen Umgebungen und unter verschiedenen Bedingungen verhalten wird. Diese Technologie ermöglicht es Forschern, verschiedene Szenarien zu testen und das Pflanzenwachstum zu optimieren, ohne teure und zeitaufwändige Experimente in der realen Welt durchführen zu müssen.
Design of Experiment (DOE)
Gerade im zertifizierten und kontrolliertem Umfeld sind statistische Aussagen wichtig um die Richtigkeit der Vorhersagen zu verifizieren oder gar validieren. Hierbei hilft die statistische Versuchsplanung schnell und effizient, um statistisch belastbare Resultate zu erarbeiten und Aussagne zu treffen.
Statistisch begründbare Ergebnisse führen zu einer gliechbleibenden Qualität der Pflanzenmerkmale.
Optimale Nährstoffe
Durch den Digital Twin können Nährstoffe optimiert werden und durch Simulation verschiedene Szenarien von Nährstoffzugabe beleuchtet werden.
Der optimale Einsatz von Nährstoffen und die Reduktion von Schutzmitteln kann ermittelt werden.
Inhaltsstoff-Targeting
Der Digital Twin kann zur Berechnung der optimalen Inhaltsstoff-Zusammensetzung herangezogen werden.
Durch Simulation und statistischer Daten lässt sich ein Bereich für eine Inhaltsstoffmischung targetieren.
Anpassung an Bedingungen
Pflanzen passen sich an die Umweltbedingungen an aber wie das genau passiert ist oft schwer herauszufinden. Durch Simulation können diese Umweltbedingungen und deren Einfluss auf eine Pflanze aufgezeigt werden, um eine Kultivation auf dem Feld vorgängig zu simulieren.
Knock-out
Reduktion von sekundären Metaboliten kann simuliert werden und durch Kenntnisse der biochemischen Synthesewege sogar minimiert oder komplett umgangen werden.
Solche phänotypischen knock-outs sind nun ohne Eingriff in den DNS-Code möglich.
Wachstumszeit verkürzen
Die Verkürzung der Wachstumsphase kann simuliert und die optimalen Parameter ausgelesen werden.
So lassen sich die Wachstumszyklen einer Pflanze signifikant verkürzen.
Biomarker Erkennung
Durch Experimente und statistischer Plausibilität lassen sich Biomarker oder digitale Biomarker erkennen und diese in das Modell inkludieren.
Informationen zu Biomarkern lassen eine phänotypische Optimierung leichter, schneller und präziser Simulieren.