無人機和相機組合為玉米提供經濟實惠的耐旱選擇

使用免費軟件和帶有低成本相機的無人機的方法使得選擇耐旱玉米植物成為可能。該工具有助於選擇能夠更好地承受水分脅迫的植物，水分脅迫是氣候變化對農業的影響之一。

實驗結果是發表在一篇文章中植物表象雜誌。

作者與氣候變化基因組學研究中心 (GCCRC) 合作，該中心是巴西聖保羅州坎皮納斯州立大學 (UNICAMP) 的工程研究中心 (ERC)。

“轉基因植物實驗成本高昂。這種方法使我們能夠在相對較小的區域內評估植物對乾旱的耐受性，使用免費軟件和更簡單的 RGB 相機，比更昂貴的多光譜相機更有效地捕獲實驗參數，”GCCRC 研究員 Helcio Duarte Pereira 說道。

該方法可以優化、更快、更便宜地收集數據。傳統方法需要手動測量，有時需要使用昂貴的設備和緩慢的過程。此外，某些特徵只能在植物生命週期結束時測量。有了無人機，原本需要幾天時間的工作可以在幾個小時內完成，從而可以在不同的生長階段對植物進行評估。

該方法還可以跟踪植物整個生長周期的發育情況。 “在植物生命週期的不同階段進行持續分析對於了解它們如何應對水分脅迫以及預測它們在其他領域的表現至關重要，”負責協調這項研究的 GCCRC 和 EMBRAPA 數字農業研究員 Juliana Yassitepe 解釋道。

水分脅迫參數

在 2023 年 4 月至 9 月的旱季期間，研究人員在坎皮納斯的一個實驗地點進行了一系列飛行。該地點種植了 21 種玉米，其中 3 種是傳統玉米，18 種是經過基因改造的玉米，這些玉米過度表達可能與抵抗水分脅迫相關的基因。

在實驗中，植物之間唯一的處理差異是，一半植物在整個生命週期中接受灌溉，而另一半則遭受干旱。

每次飛行持續 10 分鐘，生成 290 張圖像。研究人員選擇了 13 次使用多光譜相機完成的飛行，多光譜相機捕獲紅外等不可見光譜，以及 18 次使用 RGB 相機完成的飛行，後者價格便宜得多，可以捕獲三種顏色或波段：紅色、綠色和藍色。

使用免費軟件分析圖像，該軟件允許交叉引用圖像中獲得的條帶。為了確定圖像中顏色差異的含義，研究人員對地面上的植物進行了一系列常規測量。從那裡，他們能夠定義水分脅迫參數併校準預測模型。

事實證明，來自更便宜的相機的圖像所呈現的結果更加可靠和準確，使得該技術可用於大規模育種計劃。

除了降低運營成本之外，該方法還允許在較小的區域進行研究，這對於資源有限的項目尤其有用。 “我們並不總是有足夠的種子來在很大的區域種植，這是此類研究的瓶頸，”亞西特佩說。

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研究人員還指出，無人機的低空飛行使其能夠獲得高分辨率圖像，這在較小的實驗區域中是合理的，有助於獲得更準確的數據。

最後，儘管這不是該小組的主要目標，但這一突破為其他研究小組或初創公司開發直接針對生產者或育種公司的應用程序開闢了道路。

“市場上有一些應用程序可以讓您評估植物中的葉綠素等，從而確定氮水平。這使得根據需要調整施肥成為可能，”佩雷拉說。

對於 Yassitepe 來說，研究中評估的指數可以作為開發應用程序的基礎，這些應用程序可以自動測量不同農業或林業作物的水分壓力。

更多信息：
Helcio Duarte Pereira 等人，遭受干旱脅迫的轉基因玉米事件的時間場表型組學：交叉驗證場景和機器學習模型，植物現象組雜誌（2025）。DOI：10.1002/ppj2.70015

引文:
無人機和相機組合為玉米提供經濟實惠的耐旱選擇（2025 年，4 月 4 日）