Шаман умывает руки или как беспилотники предскажут урожай.

Так же, как человечество отошло от гаданий, обрядов и воздаяний хвалы богам ради увеличения урожая, так и селекционерам, как серым кардиналам в битвах за него, в ближайшем будущем можно будет уже не выходить из тени. Причём – в буквальном смысле. Такому сидящему в относительной прохладе специалисту облетевший солнечное поле пшеницы дрон передаст на ноутбук сведения об обнаруженном коэффициенте отражения листьев.  Невероятно, но оказывается, что один только этот параметр показывает сумму крайне важных сведений о том, какие растения содержат гены, наиболее подходящие для будущей урожайности, устойчивости к болезням и вредителям, а также позволяющие пережить возможную долгую засуху следующим летом.

Селекция как наука всегда предпочитает неинвазивные методы определения признаков, делающих культуры более продуктивными или устойчивыми к засухе или вредителям. Недавно учёные обнаружили, что измерение цвета светового спектра, отражённого от листьев, содержит среди прочего и данные о температуре. И получается, что это может значительно ускорить процесс поиска полезных свойств сельскохозяйственных культур.

«До сих пор мы имели дело с обширной областью данных, содержащей множество полезных, но хорошо скрытых черт, что немного похоже на попытку найти в книге с миллионами страниц строго определённые слова. Теперь же мы обнаружили закладки из отражённого света, которые могут найти самые полезные слова», – говорит профессор Центра передового опыта ARC по трансляционному фотосинтезу и Австралийского национального университета (АНУ), Джон Эванс.

Спектр отражения листа, также называемый гиперспектральным отражением, изменяется в зависимости от температуры. Другими словами, этот коэффициент отражения листа содержит температурный сигнал, который можно использовать для оценки других параметров. И в этом «заключается самый захватывающий результат что мы обнаружили», – признаётся профессор Эванс.

Открытые этим оптическим измерением возможности для селекции просто огромны. Использование гиперспектрального отражения позволяет отсеивать некритичные признаки, на что раньше, с другими методами, потребовалось бы невероятно больше времени. Это означает, что в будущем селекционеры смогут просто провести разведку обстановки, запустив над посевами дрон или аппарат для фенотипирования. Это позволит одновременно обнаруживать многие полезные признаки, на что сейчас требуется либо слишком много времени, либо деструктивный отбора проб и дальнейший сложный кропотливый анализ. А теперь перед сельским хозяйством открывается дверь для захвата нового набора характеристик, которые раньше не поддавались выбору.

«Прелесть этого метода в том, что с помощью одного измерения вы можете определить множество различных характеристик, таких как активность основного фотосинтетического фермента Rubisco, скорость переноса электронов и дыхания, а также содержание азота в листьях», – уточняет профессор Эванс.

Все возделываемые человеком культуры имеют свой уникальный набор характеристик, в которых не так-то просто разобраться, но есть среди них и особые случаи. Так, особенно сложным выглядит обнаружение полезных генов в пшенице, поскольку она содержит в сорок раз больше пар оснований, чем рис, и в шесть раз больше, чем мы с вами. Следовательно, поскольку нам нужно проанализировать большое количество растений, метод должен быть очень быстрым.

В предыдущей работе учёных было выяснено, что измерение гиперспектрального отражения является эффективным и быстрым способом картирования популяции растений. Он позволяет добраться до генетической основы полезных признаков, затем проверить, как они работают в полевых условиях и, наконец, применить их в программе селекции.

«Из нашей предыдущей работы не было ясно, повлияла ли на эти измерения температура листа во время измерения», – признают исследователи. Однако науке известно, что такие вещи, как скорость ферментативных реакций, способны довольно значительно изменяться вслед за колебаниями тепла. Эксперименты показали, что«признаки, которые изменяются в зависимости от температуры, а также характеристики, которые не должны зависеть от температуры, можно надёжно предсказать с помощью одного и того же гиперспектрального замера с температурой листьев, которая варьировалась от 20 до 35°C», – говорит автор исследования.

Беспилотные летательные аппараты всё плотнее входят в рабочие будни аграриев по всему миру. Целые компании специализируются на разработке и выпуске дронов различных конструкций и назначений, ориентированных на выполнение задач именно в сельскохозяйственном секторе. Есть такие машины, которые помимо наблюдательной функции способны вести обработку полей жидкими пестицидами и удобрениями, – так что это довольно мощные агрегаты.

Приятно то, что аппаратура для снятия гиперспектральных измерений не может быть установлена разве что на совсем миниатюрные устройства. Поэтому фермерам и селекционерам не придётся обновлять эти свои инструменты, чтобы отслеживать положение дел на поле и прогнозировать развитие событий в более долгосрочной перспективе, чем раньше.

Масса листьев на площадь, содержание азота и хлорофилла, активность фотосинтеза, скорость переноса электронов и частота дыхания, – эти и многие другие структурные, композиционные и физиологические характеристики растений теперь может оценить буквально на коленке каждый трудящийся на земле. Всё, что нужно – просто провести сканирование угодий на предмет гиперспектрального отражения листьев и сопоставить полученные в результате измерений данные с желаемыми коэффициентами.

АРМК, по материаламOxford University Press