Селекция засухоустойчивых культур получает новаторскую технологию с использованием дронов
Изменение климата делает засухи более распространенными и суровыми, что диктует необходимость ускорить разработку засухоустойчивых культур. Примерно через два года ученые получат для этого новый инструмент.
эксклюзив 🔹
Одной из проблем в селекции сельскохозяйственных культур является то, что исследователям приходится проводить тщательные измерения сотен (или тысяч) отдельных растений на многих различных экспериментальных селекционных участках, чтобы оценить, какие штаммы растений обладают наиболее желательными характеристиками (и, следовательно, станут хорошими кандидатами для будущих культур). Этот процесс является одновременно утомительным и отнимает много времени.
Однако исследовательская группа под руководством Фрэнка Бая разработала структуру для измерения некоторых из этих фенотипических признаков, которая должна ускорить процесс. Бай, доцент кафедры биологической и сельскохозяйственной инженерии Университета штата Северная Каролина, недавно опубликовал статью в журнале Field Crops Research, в которой изложил новую структуру для быстрой оценки двух ключевых признаков засухоустойчивости на исследовательских участках сельскохозяйственных культур. С новатором побеседовал Мэтт Шипман для публикации университетского релиза.
«Основная идея заключается в разработке простой в использовании системы измерения и моделирования, которая позволит селекционерам и ученым проводить точный, автоматический и высокопроизводительный скрининг эвапотранспирации (ET) и эффективности использования воды (WUE) для отдельных селекционных участков. ET относится к потере воды через испарение почвы и транспирацию растений (вода испаряется, когда растения «выдыхают», в основном через устьица на своих листьях). WUE относится к тому, сколько биомассы приобретается на единицу воды, применяемой к культуре», — рассказывает ученый.
Селекционные участки — это участки поля, отведенные для разведения растений. Когда дело доходит до исследований по разработке новых сортов сельскохозяйственных культур, селекционеры часто используют участки меньшего размера, чтобы иметь возможность включить большое количество генотипов-кандидатов (или селекционных линий) на ограниченной площади. Это означает, что эти участки довольно малы по сравнению с полевыми экспериментами в масштабах производства.
«В исследовании, которое мы провели для этой статьи, мы сосредоточились на экспериментальных селекционных участках для кукурузы — каждый участок был 6,1 метра в длину и 4,6 метра в ширину. Измерение ET и WUE с помощью традиционных методов означает посещение каждого участка и проведение множества кропотливых измерений — с использованием портативных приборов для измерения параметров или ведения полевых заметок отдельных листьев и т. д. Это невероятно трудоемко, а скорость измерения (или пропускная способность) низкая. Целью данной работы было разработать подход, который будет намного быстрее, но при этом не будет жертвовать точностью», — говорит Фрэнк Бай.
Существующие высокопроизводительные инструменты, измеряющие фенотипические признаки, фокусируются на морфологических признаках (например, высоте полога и надземной биомассе) и признаках, которые можно измерить с помощью технологий спектральной визуализации (например, индекс нормализованной разницы вегетации). Некоторые из этих признаков могут быть связаны с WUE в масштабе участка. Новый подход напрямую оценивает WUE, комбинируя морфологическое и спектральное фенотипирование с физическими моделями ET. В конечном итоге это позволит вывести более качественные семена, которые помогут справиться с засухой.
«Кроме того, поскольку транспирация растений является одним из важнейших физиологических процессов в растениях и связана с фотосинтетической активностью, наш инструмент будет полезен фермерам для точного управления полями, поскольку он позволяет им картировать стресс, испытываемый сельскохозяйственными культурами. А селекционеры с помощью этого инструмента скрининга селекционеры смогут быстро выбирать лучшие генетические линии без трудоемкого полевого обследования. Другими словами, они могут выяснить, на каких селекционных участках находятся растения, обладающие наиболее желательными характеристиками с точки зрения засухоустойчивости. Я планирую включить эту структуру зондирования и моделирования в систему зондирования на основе дронов. Наша цель состоит в том, чтобы дроны собирали соответствующие данные на исследовательском участке, выполняли расчеты, необходимые для определения ET и WUE для каждого участка размножения на участке, и сообщали эти результаты исследователям», — сказал Фрэнк Бай.
Фото: Field Crops Research (2024). DOI: 10.1016/j.fcr.2024.109507.
Ученый добавил, по оценкам, его лаборатория сможет предоставить этот инструмент селекционерам в течение двух лет. «На данный момент мы находимся в процессе получения финансирования для продвижения вперед с прототипом, который мы можем использовать для дальнейшей проверки этого подхода», — заключил он.
Источник: North Carolina State University. Автор: Мэтт Шипман.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
