Метод с использованием бесплатного программного обеспечения и дрона с недорогой камерой позволил отобрать растения кукурузы, устойчивые к засухе. Инструмент способствует отбору растений, которые могут лучше выдерживать водный стресс, одно из последствий изменения климата для сельского хозяйства, сообщает Исследовательский фонд Сан-Паулу, FAPESP (от португальского Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo). Результаты экспериментов опубликованы в статье в журнале Plant Phenome Journal.
Авторы сотрудничают с Центром исследований геномики для изучения изменения климата (GCCRC), Центром инженерных исследований (ERC) при Государственном университете Кампинаса (UNICAMP) в штате Сан-Паулу, Бразилия.
«Эксперименты с генетически модифицированными растениями обходятся дорого. Этот метод позволил нам оценить устойчивость растений к засухе на относительно небольшой территории, используя бесплатное программное обеспечение и более простую RGB-камеру, которая фиксировала параметры эксперимента более эффективно, чем более дорогая многоспектральная камера», - говорит Элсио Дуарте Перейра, исследователь из GCCRC.
Метод позволил оптимизировать, ускорить и удешевить сбор данных. Традиционные методы требуют ручных измерений, иногда с дорогим оборудованием и медленными процессами. Кроме того, некоторые характеристики можно измерить только в конце жизненного цикла растения.
С помощью дрона работа, которая в противном случае заняла бы дни, может быть выполнена за несколько часов, что позволяет оценивать растения на разных стадиях роста.
Важно, что подход также позволяет отслеживать развитие растений на протяжении всего цикла их роста.
«Непрерывный анализ на разных этапах жизненного цикла растений был необходим для понимания того, как они реагируют на водный стресс, а также для прогнозирования их поведения в других областях», - объясняет Джулиана Ясситепе, научный сотрудник GCCRC и EMBRAPA Digital Agriculture, которая координировала исследование.
В сухой сезон 2023 года, с апреля по сентябрь, исследователи провели серию полетов на экспериментальном участке в Кампинасе. На участке высадили 21 сорт кукурузы, три обычных и 18 генетически модифицированных для сверхэкспрессии генов, потенциально связанных с устойчивостью к водному стрессу.
В ходе эксперимента единственное различие в обработке растений заключалось в том, что половина из них получала орошение на протяжении всего жизненного цикла, а другая половина подвергалась засухе.
Каждый полет длился 10 минут и дал 290 изображений. Исследователи выбрали 13 полетов, выполненных с помощью мультиспектральной камеры, которая захватывает невидимые спектры, такие как инфракрасный, и 18 с помощью камеры RGB, которая намного дешевле и захватывает три цвета или полосы: красный, зеленый и синий.
Изображения были проанализированы с помощью бесплатного программного обеспечения, которое позволило сопоставлять полосы, полученные на изображениях. Чтобы определить, на что указывают цветовые различия на изображениях, исследователи провели ряд обычных измерений растений на земле. Оттуда они смогли определить параметры водного стресса и откалибровать прогностические модели.
Результаты, полученные с помощью изображений, полученных с помощью более дешевой камеры, оказались более надежными и точными, что сделало технологию доступной для крупномасштабных программ разведения.
Помимо снижения эксплуатационных расходов, этот метод позволяет проводить исследования на меньших территориях, что особенно полезно в проектах с ограниченными ресурсами. «У нас не всегда достаточно семян для посадки на очень больших территориях, что является узким местом в этом типе исследований», - говорит Ясситепе.
Исследователи также отмечают, что низкая высота полета дрона позволяет ему получать изображения с высоким разрешением, что оправдано в небольших экспериментальных зонах и помогает получать более точные данные.
Наконец, хотя это и не является главной целью группы, этот прорыв открывает путь для других исследовательских групп или стартапов к разработке приложений, напрямую ориентированных на производителей или селекционные компании.
«На рынке есть приложения, которые позволяют оценить, например, содержание хлорофилла в растении и, таким образом, определить уровень азота. Это позволяет при необходимости корректировать внесение удобрений», - говорит Перейра.
Для Ясситепе индексы, оцененные в исследовании, могут послужить основой для разработки приложений, которые выполняют автоматизированные измерения водного стресса в различных сельскохозяйственных и лесных культурах.
Источник: FAPESP. Автор: Андре Жулиан.
На фото исследователь запускает дрон над экспериментальной плантацией кукурузы в Кампинасе (штат Сан-Паулу, Бразилия): технология может облегчить селекцию засухоустойчивых сортов. Автор фото: Паула Драммонд де Кастро/GCCRC.
