Компания InnerPlant, занимающаяся сельскохозяйственными технологиями и расположенная в Дэвисе, штат Калифорния, использует флуоресценцию сои для обнаружения грибных заболеваний с помощью спутниковых снимков, чтобы помочь фермерам бороться с инфекцией как можно раньше. Проект финансируется программой Soy Checkoff от Объединённого совета по сое, автор которого Кэрол Браун побеседовала с представителем компании.
«Наша цель — выявлять стресс растений в масштабах, и лучший способ сделать это — из космоса. На очень больших полях сои сложно обследовать их пешком, на тракторе или даже с помощью дрона. Но спутник может уловить сигналы наших модифицированных соевых растений, которые являются индикатором стресса», — говорит Шон Йокомизо, вице-президент по коммуникациям InnerPlant.
Все растения естественным образом флуоресцируют благодаря хлорофиллу. Когда спутник получает изображения сельскохозяйственных культур с помощью существующих технологий, таких как нормализованный разностный индекс растительности (NDVI), количество обнаруженного хлорофилла соответствует здоровью растения. Меньшее количество хлорофилла, как правило, указывает на нездоровые растения.
«Это замечательная наука, но это запоздалый индикатор. К тому времени, как спутниковые снимки покажут низкий уровень хлорофилла, растения уже больны, и уже слишком поздно», — говорит Йокомизо.
Команда использует генетически модифицированный сигнал в качестве опережающего индикатора здоровья сои: «Когда спутник пролетает над соевым полем, мы получаем сигнал: „В течение последних 48–72 часов я заразился грибом. Можно ли что-то с этим сделать?“ Этот сигнал придёт за несколько недель до того, как фермеры смогут его визуально обнаружить, что даёт достаточно времени для принятия мер до того, как урожайность пострадает».
«Мы слышали, что люди говорят, что наши растения светятся в темноте, но это не так. Флуоресценция отличается от свечения. Свечение в темноте происходит, когда солнечный фотон попадает на объект, объект захватывает фотон и медленно его испускает. Флуоресценция — это принципиально другое явление. Флуоресцентный белок принимает фотон, «поглощает» его, а затем испускает совершенно другой фотон с другой длиной волны — новый свет», — объясняет Йокомизо.
В ответ на грибную инфекцию соя активирует свою иммунную систему и активирует определённые гены, создавая белок, испускающий фотоны с определённой длиной волны. Учёные InnerPlant внедряют этот признак в сою, чтобы при заражении новое свечение можно было увидеть на спутниковых снимках.
По словам Йокомизо, благодаря лабораторным исследованиям и на опытных участках этот свет можно обнаружить на самых ранних стадиях роста растения, иногда даже на стадии появления семядолей, но растения такого размера не могут излучать достаточно флуоресценции, чтобы её можно было зафиксировать со спутника. Золотая середина между стрессовой флуоресценцией и спутниковыми снимками — это поздняя стадия вегетации, которая наступает раньше, чем фермеры традиционно применяют фунгициды в фазе R3.
С момента основания компании в 2018 году ученые работали над связыванием своего сигнала с физиологической реакцией растений и его обнаружением при дневном свете.
«Сначала мы работали над научным обоснованием. В 2024 году мы начали выращивать сою с этим новым свойством в коммерческих целях на небольших полях в Иллинойсе. В этом году мы масштабируем это для более масштабного коммерческого выращивания сои через нашу сеть CropVoice», — говорит Йокомизо.
CropVoice — зарегистрированная система для этих новых сортов сои. Компания выращивает эти соевые бобы на сети контрольных участков в Иллинойсе и Небраске, используя наземное оборудование для выявления инфекций на полях с помощью флуоресценции. Фермеры, подписавшиеся на сеть CropVoice, получают уведомления о проблемах посредством SMS, электронной почты или через операционный центр John Deere. Они также получают отчёты об урожае дважды в месяц от местных агрономов InnerPlant.
Эта система коммуникации – результат обратной связи с фермерами, которая уже несколько лет является частью InnerPlant. Компания создала InnerCircle – сообщество, объединяющее почти 100 фермеров по всей стране. Ученые InnerPlant регулярно общаются с этой группой, чтобы узнать, чего хотят фермеры и как лучше всего интегрировать научные разработки компании в управление фермерским хозяйством.
InnerPlant сотрудничает с коммерческими семеноводческими компаниями, чтобы расширить доступ к соевым бобам с этим флуоресцентным признаком, указывающим на наличие болезней. Для использования спутниковых снимков в качестве инструмента обнаружения необходимо, чтобы новые соевые бобы росли на целых больших полях. Но технология уже существует и готова к внедрению.
Кроме того, учёные InnerPlant в лабораторных условиях разрабатывают аналогичные характеристики для кукурузы. В их планах обнаружение стресса, вызванного насекомыми.
«Мы ориентируемся на рынок, и наша сеть фермеров подсказывает нам, какие характеристики для них наиболее важны. Мы хотим быть уверены, что любая культура или характеристика, над которой мы работаем, действительно приносит пользу фермерам», — заключил Йокомизо.
На заглавном изображении показано, как соевые бобы передают сигналы на двух разных длинах волн (или цветах) в лабораторных условиях с использованием специального оборудования для обнаружения. Источник: InnerPlant.
