Бортовая технология НАСА обнаруживает скрытую болезнь винограда

В тематическом исследовании ученые обнаружили дорогостоящую инфекцию на лозах Каберне Совиньон до того, как у них появились симптомы, видимые человеческому глазу.

Плесневое увядание, бактерии, вызывающие гниение корней, вирусы и другие патогены растений ежегодно уничтожают от 15 до 30% мирового урожая. Раннее обнаружение может иметь значение между неудавшимся урожаем и поддающимся обработке урожаем. С помощью бортового научного прибора, разработанного в НАСАИсследователи из Лаборатории реактивного движения в Южной Калифорнии обнаружили, что они могут точно определить тонкие признаки болезни виноградной лозы, которая ежегодно наносит ущерб посевам на миллиарды долларов. Технология дистанционного зондирования может помочь в наземном мониторинге этих и других культур.

Нацеливание GLRaV-3

В паре новых исследований исследователи из Лаборатория реактивного движения Корнельский университет сосредоточился на вирусном заболевании под названием GLRaV-3 (сокращение от скручивания листьев виноградной лозы). вирус Комплекс 3). Распространяясь в основном насекомыми, GLRaV-3 снижает урожайность и защищает развивающиеся плоды, ежегодно обходясь американской винодельческой и виноградной промышленности в размере около 3 миллиардов долларов в виде убытков и убытков. Обычно его выявляют с помощью трудоемких исследований и дорогостоящих молекулярных анализов.

Исследовательская группа хотела посмотреть, смогут ли они помочь фермерам выявить инфекцию GLRaV-3 на ранней стадии и с воздуха. машинное обучение и бортовой спектрометр видимого/инфракрасного изображения следующего поколения НАСА (АВИРИС-НГ). Оптический датчик прибора, который регистрирует взаимодействие солнечного света с химическими связями, использовался для измерения и мониторинга таких опасностей, как лесные пожары, разливы нефти, парниковые газы и загрязнение воздуха, связанное с извержениями вулканов.

применение технологии

Во время кампании 2020 года по картированию утечек метана в Калифорнии патолог растений доктор Кэти Голд и ее команда воспользовались возможностью, чтобы задать другой вопрос: может ли AVIRIS-NG выявить скрытую инфекцию урожая в одном из самых важных виноградарских регионов штата?

Дрон заснял благодарственное письмо, написанное на виноградниках виноделами, участвовавшими в исследованиях по обнаружению патогенов в Лоди, Калифорния. Предоставлено: Комиссия Аарона Лэнга/Лоди Вайнграйб.

«Как и люди, больные растения могут не сразу проявлять внешние симптомы, что делает раннее обнаружение самой большой проблемой, с которой сталкиваются производители», — сказал Гулд, доцент Корнельского университета и старший автор новых исследований. В случае вируса виноградных листьев может пройти до года, прежде чем виноград проявит явные признаки инфекции, такие как обесцвечивание листьев и чахлые плоды. Однако на клеточном уровне до этого присутствует стресс, изменяющий взаимодействие солнечного света с тканями растений.

преимущество в воздухе

AVIRIS-NG, установленный в брюхе исследовательского самолета, обнаружил почти 11 000 акров виноградников в Лоди, Калифорния. Этот регион, расположенный в самом сердце Центральной долины Калифорнии, является основным производителем первоклассного винного винограда в штате.

Команда ввела обратную связь в компьютерные модели, которые они разработали, и научила их различать инфекцию. Чтобы подтвердить результаты, сотрудники отрасли очистили более 300 акров виноградников от земли на наличие видимых вирусных симптомов, одновременно собирая образцы лозы для молекулярного тестирования.

Гулд отметил, что это был трудоемкий процесс, который выполнялся во время сильной жары в Калифорнии. «Без тяжелой работы фермеров, сотрудников отрасли и групп исследователей ничего из того, чего мы достигли, было бы невозможно», — сказала она. Аналогичные усилия будут продолжены акры НАСА консорциум, золото Главный ученый.

Исследователи обнаружили, что они могут различать незараженные и зараженные лозы до и после появления симптомов, причем самые эффективные модели достигают 87%. Точность. Успешное раннее обнаружение GLRaV-3 может помочь виноградарям за год предупредить о вмешательстве.

В дополнительном документе исследователи заявили, что их тематическое исследование показывает, как новые возможности в атмосфере и космосе могут поддерживать усилия по мониторингу наземных патогенов. Эти возможности включают предстоящие миссии, такие как поверхностная биология и геология НАСА (СБГ) — часть флота миссий, которые составят агентство Обсерватория системы Земля. Они сказали, что SBG предоставит данные, которые можно использовать в сочетании с машинным обучением для принятия сельскохозяйственных решений в глобальном масштабе.

Устойчивое сельское хозяйство и видение будущего

Фернандо Ромеро Гальван, кандидат наук и ведущий автор обоих исследований, отметил, что устойчивые методы ведения сельского хозяйства как никогда важны перед лицом изменения климата. «Я думаю, что это захватывающее время для дистанционного зондирования и обнаружения болезней растений», — сказал он. «Масштабируемые решения могут помочь фермерам принимать обоснованные решения по управлению растениеводством на основе данных».

«То, что мы сделали с этим исследованием, нацелено на одну область в Калифорнии для одного заболевания», — сказал соавтор Райан Павлик, технолог-исследователь Лаборатории реактивного движения. «Конечное видение, которое у нас есть, состоит в том, чтобы иметь возможность делать это по всей планете для многих болезней сельскохозяйственных культур и для фермеров по всему миру».

Использованная литература:

«Масштабируемое раннее обнаружение вирусной инфекции винограда с помощью аэрофотоспектроскопии», Авторы: Фернандо Ромеро-Гальван, Райан Павлик, Грэм Ричард Трулли, Сумаил Агарвал, Даниэль Соуза, Чарли Старр, Элизабет Джейн Форстелл, Стефани Болтон, Мария дель Мар-Альсина и Николаос Докозлян
Кейтлин Мори Гулд, 25 апреля 2023 г., доступно здесь. Патология растений.
DOI: 10.1094 / ФИТО-01-23-0030-Р

«На пути к облачным технологиям, обнаружение болезней сельскохозяйственных культур с помощью правил машинного обучения с помощью спектроскопии изображений», Глойр Рубамбиза, Фернандо Ромеро-Гальван, Райан Павлик, Хаким Уизерспун и Кейтлин М. Голд, 11 мая 2023 г., доступно здесь. JGR: Биогеологические науки.
DOI: 10.1029/2022JG007342