Новое исследование, проведенное учеными факультета сельского хозяйства, продовольствия и охраны окружающей среды Еврейского университета в Иерусалиме, меняет отношение ученых к жизнестойкости пшеницы. Используя беспилотные летательные аппараты, оснащенные передовыми тепловизионными и гиперспектральными камерами, команда нашла быстрый и точный метод определения сортов пшеницы, которые способны процветать в жарком и сухом климате. Такая способность является безусловным приоритетом в условиях глобальной продовольственной нестабильности и изменения климата.
В рамках исследование, опубликованного в журнале Computers and Electronics in Agriculture, команда агрономов и генетиков провела эксперименты с использованием беспилотных летательных аппаратов над пшеницей, выращенной в дождеприемном укрытии научно-образовательного центра Pheno-IL. Здесь изучается феномен климатических стрессов сельскохозяйственных культур, связанных как с недостатком, так и с избытком влаги. Задачей дронов стало получения подробных изображений в оптическом и инфракрасном диапазонах, фиксирующих как излучаемое растениями тепло, так и отражаемый ими свет.
Эти снимки позволили исследователям оценить, насколько хорошо различные сорта пшеницы усваивают воду через устьица (стомы) — крошечные поры на листьях, которые регулируют влагообмен и газообмен растений. Также были отслежены такие показатели, как площадь листа и содержание в нем хлорофилла.
Исследовательская группа провела компьютерный анализ данных за два вегетационных периода. Они связали особенности метаболизма и вегетации растений с определенными участками генома пшеницы, выявив 16 генетических маркеров, связанных с улучшением продуктивности в оптимальных условиях и в условиях засухи. Эти маркеры были дополнительно подтверждены в ходе последующих полевых испытаний.
До сих пор измерение устьичной проводимости — способности растения регулировать уровень воды — было кропотливым трудоемким процессом, требующим ручных инструментов. Использовании беспилотников, предлагает быстрый, эффективный и бесконтактный способ выявления засухоустойчивых растений.
Полученные результаты открывают практический путь для селекционеров, стремящихся вывести высокопродуктивную пшеницу, устойчивую к изменению климата. Интеграция технологии беспилотных летательных аппаратов с генетическим анализом может значительно ускорить селекцию, помогая сельскому хозяйству идти в ногу с мировым спросом на продовольствие и меняющимися условиями окружающей среды.
В исследовании приняли участие 300 различных генотипов пшеницы, выращенных в оптимальных условиях и в условиях засухи в защищенном от дождя помещении. Команда использовала модели с использованием метода опорных векторов для оценки характеристик растений на основе снимков, полученных с помощью беспилотника. В итоге это позволило повысить точность оценки водопотребления на 28%. Это исследование представляет собой первый случай, когда измерения устьичной проводимости с помощью беспилотного летательного аппарата были использованы для картирования генетических маркеров пшеницы.
Поскольку изменение климата продолжает оказывать давление на глобальные продовольственные системы, подобные инновации открывают путь к перспективному сельскому хозяйству, быстрому выведению сортов пшеницы, способных выдерживать жару, засуху и другие климатические стрессы, что обеспечит продовольственную безопасность для будущих поколений.
Недавно мы рассказали о мобильном приложении, которое помогает экономить воду в домохозяйствах.
