壊滅的な病気から農作物を守るための航空スキャン

壊滅的な病気から農作物を守るための航空スキャン 生物学

コーヒー、アーモンド、柑橘類、ブドウなどの食用作物に壊滅的な被害を与え、経済的にも環境的にも深刻な影響を与えるウイルス性の病気は、大規模な空中スキャンによって防げる可能性があることが、スウォンジー大学の共同研究で明らかになりました。

毎年、病気を引き起こす植物病原体によって、世界全体で推定16%の生産量が失われています。

このレベルは、農薬の使用量が増加しているにもかかわらず、過去40年間で大幅に減少していません。

ピアス病菌(Xylella fastidiosa (Xf) 病原体)は、葉の枯れ、褐色化、損失、果実の縮小、枯死を引き起こし、世界の少なくとも550種の作物にとって最大の脅威であると言っても過言ではありません。

ピアス病は農業生産に深刻な影響を与え、オリーブの分野だけでも年間52億ユーロもの損失をもたらしています。

アメリカやヨーロッパ以外では、アジアやイスラエルでこの病原菌が蔓延しており、この世界的なピアス病の流行を食い止めるための国際的な要請が強まっています。

スウォンジー大学地理学部の研究者は、サルフォード大学、メルボルン大学、スペイン国立研究評議会(CSIC)、欧州委員会の専門家からなる国際チームの一員として、ヨーロッパの7つの地域で100万本の感染した木と健康な木をスキャンしました。

その結果、ハイパースペクトル画像と赤外線画像という高度な画像処理技術を用いることで、ピアス病原体による感染性植物病を症状が現れる前に検出できることがわかりました。

航空スキャン

本研究で実施した分析に使用したすべてのピアス病菌およびバーティシリウム菌の発生から同様のデータセットを収集しました。 a.モザイクは1450haをカバーし、40cmの解像度で260のスペクトルバンドで収集しました。純粋な植生ピクセルの選択には、樹冠セグメンテーションアルゴリズム(c)を使用。抽出された反射率(d)と放射スペクトル(e)は、スペクトルインデックスの計算に使用され、放射伝達モデルのインバージョンによる植物形質の計算、および病害検出モデルの入力として太陽誘導蛍光(SIF)が使用されました。DOI: 10.1038/s41467-021-26335-3

パブロ・サルコ・テハダ教授(UoM and CSIC)が率いるNature Communications誌に掲載されたこの研究は、新しい航空による大規模な植物作物のスキャン方法が、ピアス病菌を最大92%の精度で検出できることを明らかにしており、ピアス病菌の封じ込めや根絶に成功するための鍵となる可能性があります。

スウォンジー大学の研究チームは、主に植物の形質情報を収集するための放射伝達モデルの開発と設定を担当し、フィールドワークと空中データ収集にも参加しました。

スウォンジー大学の Alberto Hornero研究員は次のように述べています。

「この新しい研究は、ピアス病菌検出のための大規模なハイパースペクトル・スクリーニングを一歩前進させるものです。症状が出る前に、他の環境要因ではなく、ピアス病原体の影響を受けている作物を非常に正確に特定することができるようになりました。将来的には、作物を保護するために、よりタイムリーな封じ込めや駆除措置が可能になり、ピアス病菌が世界中の環境や経済に与える影響を軽減することができるでしょう。」と述べています。

Published by Swansea University. P. J. Zarco-Tejada et al, Divergent abiotic spectral pathways unravel pathogen stress signals across species, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26335-3