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科学家利用遥感技术对玉米病害进行监测分析
日期:2019-07-01 作者:编译:张晓静 来源:农科智库 点击:
     国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)研究人员的一项新研究表明,遥感技术可以加快和提高玉米试验田病害评估的获得和有效性,这一评估过程被称为表型分析。
    这项研究是第一次使用搭载捕获非可见电磁辐射的摄像机的无人驾驶飞机(UAV,通常称为无人机)来评估玉米上的焦斑复合体。
    跨学科研究小组发现,重度焦斑复合体感染导致的潜在产量损失可达58% ,比先前的研究报道比例高出10%以上。
    “由于育种人员在多个地点进行测试,试验规模更大,且缺乏接受过病害评估培训的工作人员,田间的植物抗病性评估变得尤为困难,”CIMMYT精准农业专家以及这项研究的联合首席作者Francelino Rodrigues说。“此外,基于视觉评估获得的病害评分会因人而异。”
    焦斑复合体是影响整个拉丁美洲玉米的一种主要叶病,它是由在温暖、潮湿的条件下繁殖旺盛的两种真菌的相互作用引起的。这种疾病会在受感染的植物上引起黑斑迹象,使叶片死亡,削弱植物生长能力,并阻碍穗的发育。
    表型分析传统上需要育种人员在作物试验田对每一株植物进行视觉评估,这是一个劳动密集型和耗时的过程。随着遥感技术变得更容易获得和负担,科学家们更频繁把它们应用到评估实验植物所需的农艺或物理性状上,Rodrigues说遥感技术有助于对玉米进行精确、高通量的叶病抗性表型分析,并将帮助降低开发改良玉米种质资源的成本和时间。
    “为了对玉米进行叶病抗性表型分析,接受过严格培训的人员必须花数小时在田间完成对作物的视觉评估,这需要大量的时间和资源,而且不同的测量员可能会得出有偏差或不准确的结果,”Rodrigues说。“使用无人机收集多光谱和热图像可以使研究人员减少评估的时间和费用,也许在未来它还可以提高精准度。”
技术为表型研究带来了新的曙光
    人眼中的受体能够检测到电磁光谱中有限的波长范围 — 我们称之为可见光区域 — 由人眼感知的红、绿、蓝三种波段组成。我们看到的颜色是物体反射的三种可见光波段的组合。
    遥感技术利用了叶片表面根据其成分和状态不同,有差别地吸收、传输和反射光或其他电磁辐射的原理。植物在不受其他因素(例如高温、干旱或养分缺乏)影响的前提下,患病植物组织的反射率与健康植物组织的反射率不同。
    在这项研究中,工作人员在墨西哥中部Agua Fría的CIMMYT试验站种植了25种已知农艺性能和抗焦斑复合体的热带和亚热带玉米杂交品种。然后,对病害进行了视觉评估,并收集了试验田的多光谱和热成像。
    这使得他们能够将遥感技术与传统表型分析方法进行比较。计算结果表明,粮食产量、冠层温度、植被指数与视觉评估之间存在较强的相关性。
未来的应用
    “研究结果表明,遥感技术可以作为大规模玉米试验中评估抗病性的一种替代方法,”Rodrigues说。“遥感技术还可以用来计算由于焦斑复合体而造成的潜在损失。”
    加快培育与农业相关的作物性状,对于培育能够面对日益严重的全球农业威胁的改良品种来说至关重要。遥感技术很可能将在克服这些挑战方面发挥关键作用。
    “未来一个重要的研究领域包括对玉米病害进行症状前检测,”Rodrigues解释说。“如果成功,这种早期检测将允许在发生严重流行病之前采取适当的疾病管理干预措施。尽管如此,我们仍有很多工作要做,需要充分的将遥感技术集成到育种过程中,并将技术应用到农民的田间。”
该项研究的资金由CGIAR玉米研究计划(MAIZE)提供。
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