Slimme landbouw: AI voorspelt hoe goed aardappel zal groeien

Slimme landbouw: AI voorspelt hoe goed aardappel zal groeien

AI combineert microbiële DNA-gegevens met dronebeelden van aardappelvelden

Een nieuw hulpmiddel op basis van AI kan voorspellen hoe goed pootaardappelen zullen uitgroeien tot aardappelplanten. Biologen van de Universiteit Utrecht bedachten het hulpmiddel, samen met collega's van de TU Delft en veredelingsbedrijven. Met AI koppelden ze dronebeelden van aardappelvelden aan DNA-gegevens van bacteriën en schimmels die op pootaardappelen voorkomen. "We staan aan het begin van een nieuwe manier om landbouw te verbeteren met microbiologie en AI."

Ook al staan akkers vaak vol identieke aardappelplanten, vaak zijn er grote verschillen te zien in hoe goed de gewassen groeien. De grote vraag die aardappeltelers, biologen en veredelaars bezighoudt, is waarom de opbrengst van aardappels zo kan verschillen. Ook als aardappelplanten van hetzelfde ras zijn, en genetisch gezien volledig identiek, blijken ze eenmaal in de grond flink te kunnen verschillen in groei en robuustheid.

Onderzoekers vermoeden al langere tijd dat een sleutelrol is weggelegd voor bacteriën en schimmels die op pootaardappelen voorkomen. De samenstelling van die microben zou de groei en robuustheid van de aardappelen voor een belangrijk deel kunnen verbeteren, of juist verslechteren.

Een onderzoeksteam geleid door bioloog Roeland Berendsen laat nu zien dat de microben zeer bepalend zijn voor de groeikracht. De onderzoekers publiceren hun resultaten deze week in het vakblad Nature Microbiology.

AI-systeem voorspelt groei

De onderzoekers bouwden een AI-systeem dat leerde voorspellen hoe goed pootaardappelen groeien. Het model kon dit leren door twee soorten gegevens te combineren: drone-opnames van akkers en genetische gegevens van de microben die op pootaardappelen voorkomen.

Enorme berg gegevens

De onderzoekers verzamelden hun gegevens door duizenden proefmonsters te nemen van pootaardappelen uit 240 verschillende proefvelden. Daarna analyseerden ze de bacteriën en schimmels die op de pootaardappelen voorkwamen. Later in hetzelfde jaar gebruikten ze drones om beelden te maken van aardappelplanten die aan diezelfde knollen ontsproten in de proefvelden.

We ontdekten patronen die helpen voorspellen welke microben de beste aardappelgroei opleveren

"Dit leverde een enorme berg aan gegevens op", zegt bioloog Yang Song, een van de onderzoekers die het AI-systeem ontwikkelde. "Door deze twee soorten gegevens te combineren in het AI-systeem, ontdekten we patronen die helpen voorspellen welke microben de beste aardappelgroei opleveren."

Grote invloed

Het onderzoek laat zien dat de samenstelling van de diverse bacterie- en schimmelsoorten grote invloed heeft op de aardappelgroei. Sommige bacteriën, waaronder een soort genaamd Streptomyces, lijken duidelijk de groei te verbeteren. Daarentegen bleken andere soorten juist een remmende werking te hebben.

Voor het eerst kunnen we nu de kwaliteit van een partij pootaardappelen voorspellen op basis van hun microben-samenstelling.

"We staan aan het begin van een nieuwe technologie om landbouw te verbeteren met microbiologie en AI," zegt Berendsen. "Voor het eerst kunnen we nu de kwaliteit van een partij pootaardappelen voorspellen op basis van hun microben-samenstelling."

Verder inzoomen

Volgens Berendsen is het onderzoek ook een vertrekpunt voor meer inzicht in de rol van microben bij de groei van gewassen. "Als we dit model uitbreiden met nog meer gegevens, kunnen we als het ware verder inzoomen en bijvoorbeeld het samenspel tussen microben en gewassen nog verder uitpluizen."

Gewassen versterken met betere microben

Andere inzichten kunnen daarbij ook naar boven komen, verwacht Berendsen. Het is volgens de bioloog zeker denkbaar dat onderzoekers precies kunnen nagaan welke mix van microben het best zijn voor gewassen - niet alleen aardappelen. "Die mix kun je dan aanbrengen op pootaardappelen of zaden. Ook zou je de genetica van de plant kunnen sturen, zodat ze alleen de juiste microben aantrekken en beter vasthouden."

Minder bestrijdingsmiddelen

De voordelen gaan verder dan alleen hogere opbrengsten, stellen de onderzoekers. Als gewassen robuuster zijn en hun groei zo optimaal mogelijk, dan leidt dat tot minder misoogsten en daarmee minder verspilling. Ook kunnen de gewassen dan toe met minder bestrijdingsmiddelen.

Publicatie

Seed tuber microbiome can predict growth potential of potato varieties
Yang Song, Elisa Atza, Juan J. Sánchez-Gil, Doretta Akkermans, Ronnie de Jonge, Peter G. H. de Rooij, David Kakembo, Peter A. H. M. Bakker, Corné M. J. Pieterse, Neil V. Budko, Roeland L. Berendsen
Nature Microbiology, 27 december 2024. DOI: 10.1038/s41564-024-01872-x