NASA帮助从加州上空发现酿酒葡萄病害

康奈尔大学助理教授、植物病理学家凯蒂·戈尔德正在田地里检查患病的葡萄。戈尔德的团队使用喷气推进实验室开发的仪器从空气中检测加州最重要的酿酒葡萄产区之一受感染的农作物。

在一项案例研究中，科学家们在赤霞珠葡萄藤表现出肉眼可见的症状之前就发现了这种代价高昂的感染。

枯萎的霉菌、根部腐烂的细菌、病毒和其他植物病原体每年估计会毁掉全球 15% 至 30% 的收成。早期发现可以区分歉收的作物和可治疗的作物。研究人员发现，利用美国宇航局南加州喷气推进实验室开发的机载科学仪器，他们可以准确地发现葡萄病害的隐秘迹象，这种病害每年会造成数十亿美元的农作物损失。遥感技术可以帮助对这种作物和其他作物进行地面监测。

在两项新研究中，喷气推进实验室和康奈尔大学的研究人员重点研究了一种名为 GLRaV-3（葡萄卷叶相关病毒复合体 3 的缩写）的病毒性疾病。GLRaV-3 主要通过昆虫传播，会降低果实的产量并使其变质，每年给美国葡萄酒和葡萄行业造成约 30 亿美元的损失和损失。它通常是通过劳动密集型的逐株藤蔓侦察和昂贵的分子测试来检测的。

研究小组希望了解是否可以通过使用机器学习和 NASA 的下一代机载可见光/红外成像光谱仪 (AVIRIS- NG ) 帮助种植者尽早从空气中识别 GLRaV-3 感染。该仪器的光学传感器记录阳光与化学键的相互作用，已用于测量和监测野火、石油泄漏、温室气体以及与火山喷发相关的空气污染等危险。

一架无人机捕捉到了在加利福尼亚州洛迪地区合作进行病原体发现研究的葡萄酒行业人士在葡萄藤上写下的感谢信息。

在 2020 年加利福尼亚州甲烷泄漏地图绘制活动期间，植物病理学家 Katie Gold 博士和她的团队抓住机会提出了一个不同的问题：AVIRIS-NG 能否发现该州最重要的葡萄产区之一的秘密作物感染？ ？

“像人类一样，患病植物可能不会立即表现出外部症状，这使得早期发现成为种植者面临的最大挑战，”康奈尔大学助理教授、新研究的资深作者戈尔德说。就葡萄藤卷叶病毒而言，葡萄藤可能需要长达一年的时间才能显现出感染迹象，例如叶子变色和果实发育不良。然而，在细胞水平上，压力在此之前就已经发生，改变了阳光与植物组织相互作用的方式。

空中优势

AVIRIS-NG 安装在一架研究飞机的腹部，观察了加利福尼亚州洛迪大约 11,000 英亩的葡萄园。该地区位于加利福尼亚州中央山谷的中心地带，是该州优质酿酒葡萄的主要产地。

研究小组将观察结果输入到他们开发和训练的计算机模型中，以区分感染。为了帮助检查结果，行业合作者从地面搜寻了 300 多英亩的葡萄园是否有明显的病毒症状，同时收集葡萄藤样本进行分子测试。

戈尔德指出，这是一个劳动密集型过程，是在加州热浪期间进行的。“如果没有种植者、行业合作者和勘探团队的辛勤工作，我们不可能取得任何成就，”她说。类似的努力将在NASA Acres联盟的领导下继续进行，戈尔德是该联盟的首席科学家。

研究人员发现，他们能够在出现症状之前和之后区分未受感染和受感染的藤蔓，表现最好的模型达到 87% 的准确率。GLRaV-3 的成功早期检测有助于为葡萄种植者提供长达一年的干预警告。

研究人员在补充论文中表示，他们的案例研究表明空中和太空中的新兴能力如何支持地面病原体监测工作。这些能力包括即将执行的任务，例如 NASA 的表面生物学和地质学 ( SBG ) 任务，该任务是构成该机构地球系统观测站的任务群的一部分。他们表示，SBG 将提供可与机器学习结合使用的数据，用于全球范围内的农业决策。

博士研究生、两项研究的主要作者费尔南多·罗梅罗·加尔万指出，面对气候变化，可持续农业实践比以往任何时候都更加重要。“我认为这是遥感和植物病害检测的激动人心的时刻，”他说。“可扩展的解决方案可以帮助种植者做出数据驱动的、可持续的作物管理决策。”

“我们在这项研究中针对的是加利福尼亚州的一个地区的一种疾病，”共同作者、喷气推进实验室的研究技术专家 Ryan Pavlick 说。“我们的最终愿景是能够在全球范围内针对许多农作物病害和世界各地的种植者做到这一点。”