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)
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)
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)
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
Risultati fusariosi 2011 PLSDA GS = Growth Stage Zadoks scale % Corr. Class. 110 100 90 80 70 60 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, 2013. Laboratory vs. in-field spectral proximal sensing for early detection of Fusarium head blight infection in durum wheat. Biosystems Engineering, 114, 289-293. IF2011=1.354 Q2
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: 90-100% ~7 spighe a tesi/rilievo Misure spettrali in lab da 400-970 nm Tot misure spettrali 1414 (448 spighe, ~3 ROI a spiga)
Risultati fusariosi 2012 Analisi spettrali VIS-NIR in Laboratorio (Creso + Simeto) 6 PLSDA (1 a campionamento) PLSDA % Corr. Class. 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 GS65/59 GS69/65 GS71/69 GS72/70 GS75/73 GS77/75 Classi Simeto/Creso Modello (75%) Test (25%)
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
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 400-970 nm Tot misure spettrali 1763 (558 spighe, ~3 ROI a spiga)
Risultati stagonosporiosi 2012 Analisi spettrali VIS-NIR in Laboratorio (Creso + Simeto) 5 PLSDA (1 a campionamento) PLSDA % Corr. Class. 105 100 95 90 85 80 75 70 65 GS55 GS73 GS75 GS75 GS77 Classi Modello (75%) Test (25%)
Ob1: Mappatura RGB e spettrale della spiga (fusariosi 2012) PLSDA 100 90 % Corr. Class. 80 70 60 50 Modello (75%) Test (25%) 40 GS65/59 GS69/65 GS71/69 GS72/70 GS75/73 GS77/75 Classi Simeto/Creso
Ob1: Mappatura RGB e spettrale della spiga (stagonosporiosi 2012) PLSDA % Corr. Class. 73 71 69 67 65 63 61 59 57 55 GS55 GS73 GS75 GS75 GS77 Classi Simeto/Creso Modello (75%) Test (25%)
Ob1: Stima per imaging RGB della severità fusariosi su spiga Collaborazioni: Dr Alessandro Infantino CRA-PAV (Roma)
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
Ob1: Medium-far ground-based proximal sensing termografico
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.
Ob2: imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside (on-line system) Frumento Sano Nastro traslatore specifico e portatile Frumento Striminzito Frumento Fusariato Telecamera colore
Ob2: imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside (on-line system)
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
Attività 2013 Proximal sensing iperspettrale e RGB su spiga: fusariosi nuovi campionamenti analisi di imaging iperspettrale e RGB in laboratorio correlazione dati 2011-2012-2013 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 2011-2012-2013 2 anno di analisi termografica in campo (correlazione con dati anno 2012) Imaging e spettrofotometria VIS-NIR su cariosside elaborazione dati analisi 2012 correlazione dati 2011-2012-2013 preparazione articolo scientifico da sottomettere a rivista internazionale con IF
Divulgazione/pubblicazione scientifica Lavori pubblicati Menesatti P, Angelini C, Pallottino F, Antonucci F, Aguzzi J, Costa C, 2012. RGB color calibration for quantitative image analysis: the 3D Thin-Plate Spline warping approach. Sensors, 12, 7063-7079. IF2010=1.771, Q1 Menesatti P, Antonucci F, Pallottino F, Giorgi S, Matere A, Nocente F, Pasquini M, D Egidio MG, Costa C, 2013. Laboratory vs. in-field spectral proximal sensing for early detection of Fusarium head blight infection in durum wheat. Biosystems Engineering, 114, 289-293. IF2011=1.354 Q2 Menesatti P, Costa C, Pallottino F, Antonucci F, Iori A, Chierico M, D Egidio MG, 2012. Termographic Imaging Trials For Wheat Stagonospora Nodorum Blotch Detection. 2012 CIGR Section VI International Technical Symposium on Innovating the Food Value Chain Postharvest Technology and Agri-Food Processing Stellenbosch, South Africa, 25-28 November, 2012. 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)