Новое исследование, опубликованное в журнале Phytopathology, показывает, как сочетание изображений, полученных с помощью дронов, метеорологических данных и мониторинга спор в воздухе с помощью ПЦР может выявить места распространения заболевания и вероятные дальнейшие действия патогенного для сахарной свеклы гриба, предоставляя фермерам критически важное преимущество в выборе времени для проведения мер борьбы.
Исследование, возглавляемое Факундо Р. Испизуа Ямати из Института исследований сахарной свеклы (IfZ) в Гёттингене, Германия, посвящено пятнистости листьев, вызываемой грибом Cercospora beticola. В ходе полевых испытаний, проводившихся с 2020 по 2022 год, команда разделила поведение гриба на четыре биологические фазы — инкубацию, плодоношение, распространение и влияние на урожайность — чтобы отследить скрытый жизненный цикл заболевания.
«Больше всего меня восхищает органичное сочетание высокотехнологичных датчиков и фундаментальных биологических механизмов развития заболеваний. Мы продемонстрировали, что пиксели — это не процессы; благодаря применению принципов машинного обучения к биологическим фазам, наши модели выходят за рамки простого наблюдения «пятен» на листе и фактически интерпретируют патогенез гриба», — сказал Испизуа Ямати.
В исследовании объединены механистические модели заболеваний, метеорологические данные, снимки, полученные с беспилотных летательных аппаратов, и молекулярная диагностика в единую прогностическую модель. Объединив эти потоки данных в гибридные модели, специфичные для каждой фазы заболевания, ученые снизили ошибку прогнозирования до 39%.
Наилучшие прогнозы степени тяжести заболевания были получены с использованием климатических переменных и индексов состояния урожая, рассчитанных с помощью дронов, в то время как образование и распространение спор были связаны с влажностью, температурными порогами и изменчивостью ветра.
«Мы создали интеллектуальную систему, работающую как гибридный двигатель, — сказал Испизуа Ямати. — Объединив эти технологии, мы можем прогнозировать риски гораздо точнее, приближаясь к «точной медицине» для сельскохозяйственных культур».
Полученные результаты также проясняют, как условия окружающей среды влияют на эпидемии. «Одно из ключевых открытий заключается в том, как ведет себя патоген в тех или иных условиях и с каким результатом», — сказал Испизуа Ямати. Распространению спор способствовали легкие, переменчивые ветры в благоприятных микроклиматах. Урожайность и содержание сахара снижались при более раннем начале заболевания и более высокой конечной степени тяжести, при этом потери достигали 0,0123 кг свежей массы корней на растение на каждую точку тяжести.
Для фитопатологов и производителей эта работа подчеркивает переход к управлению болезнями, основанному на данных и биологических принципах. Согласование применения фунгицидов с фактическими стадиями жизненного цикла патогена может снизить затраты и ограничить ненужное воздействие на окружающую среду.
Источник: American Phytopathological Society.
