Detekce napadení ječmene listovými chorobami pomocí infračerveného termálního zobrazování, zobazovací fluorescence chlorofylu, UV-stínění fluorescence chlorofylu a hyperspekrálního zobrazování

Bc. Kateřina Holzmannová

Master's thesis

Detection of barley foliar disease infestation using infrared thermal imaging, chlorophyll fluorescence imaging, chlorophyll fluorescence UV-shielding and hyperspectral imaging and thermal imaging

Abstract:

Cílem diplomové práce bylo v teoretické části shrnout základní informace o ječmeni, jeho využití a listových chorobách, které se na ječmeni vyskytují nejčastěji, dále shrnout základy zobrazovacích metod potenciálně využitelných pro detekci chorob na listech rostlin, a to zobrazovací fluorescence chlorofylu, UV stínění fluorescence chlorofylu, hyperspektrálního zobrazování a infračerveného termálního zobrazování. Cílem práce bylo dále na základě provedeného experimentu s inokulací jarního ječmene padlím travním (Blumeria graminis f. sp. hordei) vyhodnotit potenciál jednotlivých senzorových metod z pohledu jejich schopnosti detekovat odolnost genotypů jarního ječmene vůči padlí. V praktické části jsou porovnávány vybrané senzorové metody v rámci experimentu se 6 liniemi jarního ječmene (linie odrůdy Pallas) lišící se pouze v přítomnosti různých genů odolnosti vůči padlí travnímu. Ty to linie byly zvoleny tak aby reprezentovaly širokou škálu reakčních typů odezvy na infekci avirulentními patotypy padlí, protože reakční typ se může odrazit na odezvě měřené pomocí těchto nepřímých metod. Na základě provedené korelační analýzy pro jednotlivé parametry měřené pomocí testovaných nepřímých senzorových metod s hodnotami světlem saturované rychlosti asimilace CO2, bylo možné konstatovat, že v rámci každé skupiny metod existuje parametr vykazující vysokou schopnost predikce odezvy rostliny a tím i odolnosti vůči padlí. Jedná se o jednak chlorofylový index, založený na principu měření infračervené a červené transmitance listu, diferenci teploty listu a teploty vzduchu stanovené pomocí termální kamery, poměr fluorescenčního poklesu – index vitality (Rfd), a konečně pak také spektrální index ZM. Kromě teplotní diference dosahují hodnoty Pearsonova korelačního koeficientu nad úroveň 0.74 což znamená, že se jedná o vysoce průkaznou závislost a hodnoty adjustovaného R2 hodnot nad 0.55 což znamená spolehlivost predikce vyšší jak 55%. KLÍČOVÁ SLOVA: ječmen; Blumeria graminis; detekce, fluorescence chlorofylu; UV stínění fluorescence; spektrální odrazivost; zobrazovací metody.

Abstract:

The aim of the thesis was, in the theoretical part, to summarize basic information about barley, its use and the leaf diseases that occur most often on barley, and also to summarize the basics of imaging methods potentially useful for the detection of diseases on plant leaves, namely chlorophyll fluorescence imaging, chlorophyll fluorescence UV shielding , hyperspectral imaging and infrared thermal imaging. The aim of the work was to evaluate the potential of individual sensor methods from the point of view of their ability to detect the resistance of spring barley genotypes to powdery mildew based on the experiment carried out with the inoculation of spring barley with grass powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei). In the practical part, selected sensor methods are compared within the experiment with 6 lines of spring barley (line of the Pallas variety) differing only in the presence of different genes for resistance to powdery mildew. These lines were chosen to represent a wide range of reaction types in response to infection with avirulent powdery mildew pathotypes, as reaction type can be reflected in the response measured using these indirect methods. Based on the correlation analysis performed for individual parameters measured using tested indirect sensor methods with the values of the light-saturated CO2 assimilation rate, it was possible to state that within each group of methods there is a parameter showing a high ability to predict the plant's response and thus resistance to powdery mildew. It is a chlorophyll index, based on the principle of measuring the infrared and red transmittance of the leaf, the difference between the leaf temperature and the air temperature determined using a thermal camera, the fluorescence decrease ratio - vitality index (Rfd), and finally also the ZM spectral index. In addition to the temperature difference, the values of the Pearson correlation coefficient reach the level of 0.74, which means that it is a highly evident relationship, and the adjusted R2 values are above 0.55, which means that the reliability of the prediction is higher than 55%.

Keywords

ječmen, UV stínění fluorescence, Blumeria graminis, fluorescence chlorofylu, zobrazovací metody, spektrální odrazivost

Keywords

spectral reflectance, imaging methods, detection chlorophyll fluorescence, UV shielding of fluorescence, barley, Blumeria graminis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Karel Klem, Ph.D.
• Reader: Petr Holub, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme:
Plant Protection