Интеграция гиперспектральных и тепловых изображений с БПЛА позволяет проводить генетическое исследование устьичной проводимости пшеницы быстро и не прикасаясь к растениям.
Новое исследование, проведенное учеными факультета сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Еврейского университета в Иерусалиме и Института Волкани, меняет способ, которым ученые раскрывают секреты устойчивости пшеницы.
Используя беспилотники, оснащенные передовыми тепловыми и гиперспектральными камерами, команда нашла более быстрый и точный метод определения сортов пшеницы, которые могут процветать в жарком и сухом климате, что является неотложным приоритетом в условиях глобальной продовольственной нестабильности и изменения климата.
Исследование, проведенное под руководством кандидата наук Роя Садеха под руководством доктора Иттая Херрманна и профессора Цви Пелега из Института растениеводства и генетики в сельском хозяйстве имени Роберта Х. Смита при Еврейском университете, опубликованное в журнале Computers and Electronics in Agriculture, описывает полеты беспилотников над экспериментами с пшеницей, расположенными в укрытии от дождя в научно-образовательном центре Pheno-IL для изучения стресса сельскохозяйственных культур, чтобы собрать подробные изображения, фиксирующие как тепло, излучаемое растениями, так и свет, отраженный от них.
Эти изображения позволили исследователям оценить, насколько хорошо различные сорта пшеницы управляют водой через устьица, крошечные поры на листьях, которые регулируют влажность и газообмен. Также отслеживались такие характеристики, как индекс площади листа и содержание хлорофилла.
С помощью моделей машинного обучения исследовательская группа проанализировала эти данные за два сезона роста. Они успешно связали эти признаки растений с определенными областями генома пшеницы, определив 16 генетических маркеров, связанных с лучшей производительностью в оптимальных и засушливых условиях. Эти маркеры были дополнительно подтверждены в ходе последующего полевого испытания.
«До сих пор измерение устьичной проводимости - способности растений регулировать воду - было медленным и требовало ручных инструментов. Этот подход с использованием дронов предлагает быстрый и мощный новый способ определения засухоустойчивых растений, не прикасаясь к ним», - сказал Рой Садех, первый автор исследования.
Результаты исследования предлагают практический путь вперед для селекционеров, стремящихся вывести высокоурожайную, устойчивую к климату пшеницу. Интеграция технологии дронов с генетическим анализом может значительно ускорить селекцию, помогая сельскому хозяйству идти в ногу с глобальным спросом на продовольствие и меняющимися условиями окружающей среды.
В исследовании приняли участие 300 различных генотипов пшеницы, выращенных в оптимальных и засушливых условиях в защищенном от дождя укрытии. Команда использовала модели опорных векторов для оценки признаков растений на основе изображений, полученных с помощью дронов, что позволило повысить точность оценки водопользования на 28%.
Исследование представляет собой первый случай, когда измерения устьичной проводимости с помощью БПЛА использовались для картирования генетических маркеров пшеницы.
Поскольку изменение климата продолжает оказывать давление на мировые продовольственные системы, такие инновации предлагают мощный способ создания сельского хозяйства, готового к будущему. Объединяя передовые технологии с генетическим пониманием, это исследование прокладывает путь к более быстрому созданию сортов пшеницы, которые могут выдерживать жару, засуху и другие климатические стрессы, помогая обеспечить продовольственную безопасность для будущих поколений.
Источник: Hebrew University of Jerusalem. DOI: 10.1016/j.compag.2025.110411
На фото - БПЛА в эксперименте с пшеницей. Авторы фото: Рой Садех, Цви Пелег, Иттай Херрман.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.