机器人给转基因花朵授粉

杂交优势通过对不同植物品种进行异花授粉来产生优良农艺性状，从而提高作物产量。杂交育种周期的完成需要先从母本系花朵中去除雄蕊，再将父本系的花粉转移到母本系上。目前，这一过程依赖精细的人工劳动，最终增加了作物育种成本。对于商业番茄植株，使用雄性不育系时可以省略第一步。然而，这些番茄花朵的柱头是内陷的，需要轻轻打开花朵使柱头暴露以便授粉，这一任务一直难以实现机器人自动化。在最近的一项研究中，谢等人开发了一种名为GEAIR（基于人工智能机器人的基因编辑）的策略，对番茄植株进行基因改造，确保其物理性状更适合机器人授粉。研究人员使用CRISPR-Cas9技术编辑植物基因组，靶向特定的雄性不育基因，培育出番茄柱头外露的雄性不育系。换句话说，这些经过改造的番茄植株开出的花朵具有外露、可见的柱头，自主系统可以更容易地识别和操作，而不会损坏花朵。

研究人员开发了一套自主机器人授粉系统，包括带有定位模块的移动基座、RGB-D相机，以及一个带有末端执行器（由授粉刷和花粉容器组成）的机械臂。柱头很小，在拍摄的图像中只占很小一部分，但其精确位置对于将授粉刷准确轻柔地接触柱头顶端而不造成损伤至关重要。研究团队训练了一个深度神经网络来检测和定位目标花朵中柱头的方向，并区分准备好授粉的花朵。该团队在商业番茄生产温室中测试了GEAIR系统，该系统给一排柱头外露的植株授粉约需118分钟，远快于对柱头内陷的未改造植株进行人工异花授粉（平均需268分钟）。GEAIR的授粉成功率为77.6%，虽然低于人工操作的92.4%，但证明了其操作的成功。这项研究通过结合基因编辑和机器人技术，展示了机器人如何融入规模化农业以减少人工任务。