Teledetección para fenotipado Complejo de manchas de alquitrán en maíz

Preparación del UAV para la calibración radiométrica para un vuelo multiespectral sobre una prueba compleja de detección de manchas de alquitrán de maíz. Estación Experimental Agua Fría del CIMMYT, México. (Foto: Alexander Loladze / CIMMYT)

Traducción del Ingles a Español por SYSMAP
Fuente original : https://maize.org/remote-sensing-for-phenotyping-tar-spot-complex-in-maize/
Autor: Carolyn Cowan

Las imágenes multiespectrales y térmicas tomadas por cámaras en vehículos aéreos no tripulados (UAV) están ayudando a los investigadores a monitorear la resistencia del maíz a las enfermedades foliares.

Un nuevo estudio realizado por investigadores del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo ( CIMMYT ) puede reducir los desafíos asociados con la evaluación de enfermedades de las plantas en el campo. Al desplegar cámaras montadas en vehículos aéreos no tripulados (UAV) que capturan información de imágenes de secciones no visibles del espectro electromagnético, el equipo interdisciplinario demostró la efectividad de las tecnologías de detección remota en el fenotipado de la enfermedad del maíz.    

“La evaluación de la resistencia de las enfermedades de las plantas en el campo se está volviendo difícil porque los ensayos de los criadores se están haciendo más grandes, los ensayos deben realizarse en múltiples ubicaciones, y porque a veces hay una falta de personal altamente capacitado que puede evaluar las enfermedades”, dijo Francelino. Rodrigues, Especialista en Agricultura de Precisión del CIMMYT y coautor del estudio. “Además, las notas de la enfermedad tomadas en el campo por un ojo humano pueden variar de persona a persona dependiendo de la experiencia de la persona”.

El complejo de manchas de alquitrán ( TSC ) es una enfermedad foliar importante que afecta al maíz en muchas regiones de América Latina. Es causada por la interacción de dos patógenos fúngicos, Phyllachora maydis y Monographella maydis,que prosperan en condiciones cálidas y húmedas. Llamado así por los indicios de manchas negras que cubren las plantas infectadas, el TSC causa que las hojas mueran prematuramente, lo que debilita la planta y dificulta el desarrollo de la mazorca, lo que reduce los rendimientos de maíz.

A medida que las tecnologías de detección remota se vuelven más accesibles y asequibles, los científicos lo están aplicando con mayor frecuencia a procesos como el fenotipado, una etapa vital en el proceso de mejoramiento de los cultivos que implica la evaluación de las plantas para los rasgos agronómicos o físicos deseados. Un equipo de evaluadores generalmente realiza la fenotipificación y recorre las parcelas de los cultivos, evaluando cada planta a simple vista, una práctica que requiere mucho trabajo y tiempo.

Estudios recientes informan que los datos de detección remota, obtenidos mediante imágenes hiperespectrales, multiespectrales o térmicas, pueden ofrecer métodos precisos para identificar, cuantificar y monitorear enfermedades de las plantas y podrían ahorrar tiempo y gastos. No obstante, esta tecnología nunca se ha aplicado antes a la fenotipificación de las enfermedades foliares del maíz.

Los autores del estudio resaltan el potencial de la detección remota para facilitar un fenotipado preciso y de alto rendimiento para la resistencia a las enfermedades foliares en el maíz, como el TSC, ayudando a reducir el costo y el tiempo requerido para el desarrollo de germoplasma de maíz mejorado.

“Para el fenotipo del maíz por su resistencia a las enfermedades foliares, el personal altamente capacitado debe pasar horas en el campo para completar las evaluaciones visuales de los cultivos, lo que requiere tiempo y recursos sustanciales y puede dar lugar a resultados sesgados o inexactos entre los topógrafos”, dijo Rodrigues. “El uso de vehículos aéreos no tripulados para recopilar imágenes multiespectrales y térmicas permite a los investigadores reducir el tiempo y los gastos de las evaluaciones, y quizás en el futuro también podría mejorar la precisión”.

Tecnología de teledetección

Los receptores en el ojo humano detectan un rango limitado de longitudes de onda en el espectro electromagnético, el área que llamamos luz visible, que consta de tres bandas que nuestros ojos perciben como rojo, verde y azul. Los colores que vemos son la combinación de las tres bandas de luz visible que refleja un objeto.

La teledetección aprovecha la forma en que la superficie de una hoja absorbe, transmite y refleja la luz de manera diferente según su composición y condición. La reflectancia del tejido de la planta enferma es diferente de la de los sanos, siempre que las plantas no se vean afectadas por otros factores, como el calor, la sequía o las deficiencias de nutrientes.

Las cámaras multiespectrales y térmicas capturan la reflectancia más allá del rango de luz visible y pueden diferenciar entre plantas susceptibles y resistentes a enfermedades durante la fenotipificación.

El estudio

Los investigadores plantaron 25 híbridos de maíz tropicales y subtropicales de rendimiento agronómico conocido y resistencia al CET en la Estación Experimental Agua Fría del CIMMYT en el centro de México. Luego llevaron a cabo evaluaciones de la enfermedad a ojo y recogieron imágenes multiespectrales y térmicas de las parcelas. 

Esto les permitió comparar la teledetección con los métodos tradicionales de fenotipado. Los cálculos revelaron una fuerte relación entre el rendimiento del grano, la temperatura del dosel, los índices de vegetación y la evaluación visual. “Los resultados del estudio sugieren que la detección remota podría utilizarse como un método alternativo para evaluar la resistencia a la enfermedad en los ensayos de maíz a gran escala”, dijo Rodrigues. “También podría usarse para calcular pérdidas potenciales debido al complejo de manchas de alquitrán”. 

El estudio encontró que el CET podría causar hasta un 58 por ciento de pérdida de rendimiento en variedades de maíz susceptibles en condiciones de tierras bajas y húmedas, como el sitio de estudio.

Causado por la interacción de dos patógenos fúngicos que crecen en condiciones cálidas y húmedas, el TSC se diagnostica por los puntos negros que revelan que cubren las plantas infectadas. (Foto: Alexander Loladze / CIMMYT)

Futuras aplicaciones

La reproducción acelerada de rasgos de cultivos agrícolamente relevantes es fundamental para el desarrollo de variedades mejoradas que puedan enfrentar crecientes amenazas agrícolas globales. Es probable que las tecnologías de teledetección desempeñen un papel fundamental para superar estos desafíos.

“Una importante área de investigación en el futuro abarca la detección pre-sintomática de enfermedades en el maíz”, explicó Rodrigues. “Si tiene éxito, tal detección temprana permitiría intervenciones apropiadas de manejo de la enfermedad antes del desarrollo de epidemias severas. Sin embargo, aún tenemos mucho trabajo por hacer para integrar completamente la detección remota en el proceso de reproducción y para transferir la tecnología a los campos de los agricultores ”.

El financiamiento para esta investigación fue proporcionado por el Programa de Investigación CGIAR sobre Maíz (MAIZE ).

Lea el artículo completo: Loladze A, Rodrigues FA Jr., Toledo F, San Vicente F, Gérard B y Boddupalli MP (2019) Aplicación de sensores remotos para fenotipado Resistencia compleja de manchas de alquitrán en maíz. Frente.Planta sci. 10: 552. doi: 10.3389 / fpls.2019.00552

 

 

 

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