attività svolta al 31 Marzo 2013 UO6 CRA-ING - Unità di ricerca per l Ingegneria Agraria, Roma

Transcript

1 Workshop Progetto MICOPRINCEM Micotossine principali ed emergenti nei cereali Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura Via Nazionale 82 - Roma Roma, 18 aprile 2013 Proximal sensing iperspettrale, imaging morfocromatico e termografico in campo e in laboratorio per la stima della contaminazione di cereali da funghi patogeni produttori di micotossine attività svolta al 31 Marzo 2013 UO6 CRA-ING - Unità di ricerca per l Ingegneria Agraria, Roma Responsabile Collaboratori Collaboratori a t.d. Dr Paolo Menesatti (Primo Tecnologo) Dr Corrado Costa (Ricercatore) Dr Francesca Antonucci (Assegnista di Ricerca) Dr Federico Pallottino (Assegnista di Ricerca)

2 Obiettivi generali Ob1) Applicazione di tecniche di analisi di immagine iperspettrale e termiche per rilievi di campo sulle spighe Predizione anticipata di fusariosi / stagonosporiosi Ob2) Applicazione di tecniche di imaging morfo-cromatico per misure colorimetriche, morfo-carpologiche e di forma del profilo delle cariossidi di cereali Misura della striminzitura per stima indiretta (FDK - Fusarium-damaged kernels)

3 Ob1: Proximal sensing iperspettrale su spiga (fusariosi e stagonosporiosi) Predizione anticipata, rispetto la valutazione visiva esperta, dell insorgenza della patologia (Fusarium sp. e Stagonospora nodorum) attraverso imaging e riflettanza spettrale su pianta (spighe) Anno 2011 (prove sia in campo che in laboratorio) Anno 2012 (prove in laboratorio) Collaborazioni: Fusariosi: Dr Marina Pasquini CRA-QCE (Roma) Stagonosporiosi : Dr Angela Iori CRA-QCE (Roma)

4 Fusariosi 2011 Analisi spettrali laboratorio e campo Sono stati messi a confronto due sistemi spettrali VIS-NIR: puntuale in campo, spectral scanner in laboratorio per la predizione anticipata dell infezione FHB in spighe di grano duro. 8 tesi 2 cultivar (Creso e Simeto) 2 repliche 2 trattamenti: - Inoculate con Fusarium graminearum al GS65 (Growth Stage) della Zadoks scale (half-way anthesis) - Trattate con uno specifico fungicida (Folicur SE) circa 13 spighe a tesi Campionamenti: GS70, GS71, GS73, GS75 e GS85 Spectral scanner per misure in laboratorio Spettrometro Jaz (Ocean Optics) per misure in campo

5 Risultati fusariosi 2011 PLSDA GS = Growth Stage Zadoks scale % Corr. Class Modello (70%) Test (30%) 50 Laboratorio GS70 Laboratorio GS71+73 Laboratorio GS75 Campo GS70+71 Campo GS73+75 Classi Risultati pubblicati Menesatti P, Antonucci F, Pallottino F, Giorgi S, Matere A, Nocente F, Pasquini M, D Egidio MG, Costa C, Laboratory vs. in-field spectral proximal sensing for early detection of Fusarium head blight infection in durum wheat. Biosystems Engineering, 114, IF2011=1.354 Q2

6 Fusariosi 2012 Analisi spettrali solo laboratorio 12 tesi 2 cultivar (Creso e SImeto) 3 trattamenti: trattato con Folicur (TT), non trattato (NT) e inoculato (IN) 2 repliche 6 campionamenti temporali (da fioritura a raccolta): Simeto: GS65, GS69, GS71, GS72, GS75 e GS77 Creso: GS59, GS65, GS69, GS70, GS73 e GS75 % incidenza al GS75-77: % ~7 spighe a tesi/rilievo Misure spettrali in lab da nm Tot misure spettrali 1414 (448 spighe, ~3 ROI a spiga)

7 Risultati fusariosi 2012 Analisi spettrali VIS-NIR in Laboratorio (Creso + Simeto) 6 PLSDA (1 a campionamento) PLSDA % Corr. Class GS65/59 GS69/65 GS71/69 GS72/70 GS75/73 GS77/75 Classi Simeto/Creso Modello (75%) Test (25%)

8 Stagonosporiosi 2011 Analisi spettrali solo laboratorio Sono stati messi a confronto due sistemi spettrali VIS-NIR: puntuale in campo, spectral scanner in laboratorio per la predizione anticipata dell infezione da Stagonospora nodorum in spighe di grano duro. 8 tesi 2 cultivar (Creso e Simeto) 2 repliche 2 trattamenti: - Inoculate con Stagonospora nodorum al GS65 Zadoks scale (plants flowering growth stage) - Trattate con uno specifico fungicida (Folicur SE) 5 campionamenti temporali a partire da GS65 2 repliche circa 5 spighe a tesi Sviluppo piano sperimentale ma dati rilevati non sufficienti per analisi

9 Stagonosporiosi 2012 Analisi spettrali solo laboratorio 12 tesi 2 cultivar (Creso e SImeto) 3 trattamenti: trattato con Folicur (TT), non trattato (NT) e inoculato (IN) 2 repliche 5 campionamenti: GS55, GS73, GS75, GS75 e GS77 ~7 spighe a tesi/campionamento % incidenza al GS83: 80-90% Misure spettrali in lab da nm Tot misure spettrali 1763 (558 spighe, ~3 ROI a spiga)

10 Risultati stagonosporiosi 2012 Analisi spettrali VIS-NIR in Laboratorio (Creso + Simeto) 5 PLSDA (1 a campionamento) PLSDA % Corr. Class GS55 GS73 GS75 GS75 GS77 Classi Modello (75%) Test (25%)

11 Ob1: Mappatura RGB e spettrale della spiga (fusariosi 2012) PLSDA % Corr. Class Modello (75%) Test (25%) 40 GS65/59 GS69/65 GS71/69 GS72/70 GS75/73 GS77/75 Classi Simeto/Creso

12 Ob1: Mappatura RGB e spettrale della spiga (stagonosporiosi 2012) PLSDA % Corr. Class GS55 GS73 GS75 GS75 GS77 Classi Simeto/Creso Modello (75%) Test (25%)

13 Ob1: Stima per imaging RGB della severità fusariosi su spiga Collaborazioni: Dr Alessandro Infantino CRA-PAV (Roma)

14 Ob1: Medium-far ground-based proximal sensing Termografico (stagonosporiosi 2012) 18 Tesi 2 cultivar (Creso e SImeto) 3 trattamenti: trattato con Folicur (TT), non trattato (NT) e inoculato (IN) 3 repliche 1 campionamento a GS83 con % incidenza patologia: 80-90% su Inoculato 53 immagini parcellari termografiche (~3 immagini per tesi), diverse angolazioni Rilievi da 4 m di altezza Risultati submitted Antonucci F, Menesatti P, Iori A, Pallottino F, D Egidio MG, Costa C, Submitted. Thermographic medium-far ground-based proximal sensing for in-field wheat stagonospora nodorum blotch detection. Submitted to Journal of Plant Diseases and Protection. IF2011=0.489 Q3

15 Ob1: Medium-far ground-based proximal sensing termografico

16 Ob2: Imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside Misura indiretta della contaminazione da micotossine dei cereali, attraverso misura della striminzitura (FDK - Fusarium-damaged kernels) e di alterazioni colorimetriche RGB e morfo-carpologiche di singole cariossidi anche di ampi campioni di prodotto attraverso l applicazione di modelli classificatori multivariati Attività/metodologie imaging morfologico - Analisi ellittica di Fourier (EFA) imaging cromatico (RGB) imaging iperspettrale con scanner spettrale VIS-NIR Collaborazione - Dr Alessandro Infantino CRA-PAV (RM) Risultati in elaborazione Application of morphometric image analysis system to evaluate the incidence of fusarium head blight wheat infected kernels.

17 Ob2: imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside (on-line system) Frumento Sano Nastro traslatore specifico e portatile Frumento Striminzito Frumento Fusariato Telecamera colore

18 Ob2: imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside (on-line system)

19 Risultati obiettivo 2 Campione 2010 costruzione del modello di classificazione oltre 3000 cariossidi classificate da esperti e attraverso immagini+efa 76% di corretta classificazione basata sulla forma tra Sani Striminziti e Fusariati dopo l infezione di Fusarium culmorum Campione 2011 immagini high-resolution immagini spettrali Campione 2012/2013 in elaborazione per pubblicazione internazionale

20 Attività 2013 Proximal sensing iperspettrale e RGB su spiga: fusariosi nuovi campionamenti analisi di imaging iperspettrale e RGB in laboratorio correlazione dati correlazioni tra imaging iperspettrale e RGB e analisi del DON su singole spighe Proximal sensing iperspettrale, RGB e termografico su spiga: stagonosporiosi nuovi campionamenti analisi di imaging iperspettrale e RGB in laboratorio correlazione dati anno di analisi termografica in campo (correlazione con dati anno 2012) Imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside elaborazione dati analisi 2012 correlazione dati preparazione articolo scientifico da sottomettere a rivista internazionale con IF

21 Divulgazione/pubblicazione scientifica Lavori pubblicati Menesatti P, Angelini C, Pallottino F, Antonucci F, Aguzzi J, Costa C, RGB color calibration for quantitative image analysis: the 3D Thin-Plate Spline warping approach. Sensors, 12, IF2010=1.771, Q1 Menesatti P, Antonucci F, Pallottino F, Giorgi S, Matere A, Nocente F, Pasquini M, D Egidio MG, Costa C, Laboratory vs. in-field spectral proximal sensing for early detection of Fusarium head blight infection in durum wheat. Biosystems Engineering, 114, IF2011=1.354 Q2 Menesatti P, Costa C, Pallottino F, Antonucci F, Iori A, Chierico M, D Egidio MG, Termographic Imaging Trials For Wheat Stagonospora Nodorum Blotch Detection CIGR Section VI International Technical Symposium on Innovating the Food Value Chain Postharvest Technology and Agri-Food Processing Stellenbosch, South Africa, November, Lavori submitted Antonucci F, Menesatti P, Iori A, Pallottino F, D Egidio MG, Costa C, Submitted. Thermographic medium-far ground-based proximal sensing for in-field wheat stagonospora nodorum blotch detection. Submitted to Journal of Plant Diseases and Protection. IF2011=0.489 Q3 Lavori in elaborazione Application of morphometric image analysis system to evaluate the incidence of fusarium head blight wheat infected kernels (Collab. Dr Infantino CRA-PAV, Roma)