تشخیص بیماری لکه‌موجی گیاه گوجه‌فرنگی بر پایه طیف‌سنجی مرئی / فروسرخ نزدیک و تجزیه مؤلفه‌های اصلی- شبکه عصبی مصنوعی، قبل از ظهور علائم بیماری

ماشین های کشاورزی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 27 بهمن 1399  

نوع مقاله: مقاله پژوهشی لاتین

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.67436.1001

نویسندگان

فرزاد آزادشهرکی ¹؛ کسری شریفی²؛ بهاره جمشیدی³؛ روح الله کریمزاده⁴؛ هانیه نادری⁵

¹عضو هیأت علمی مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج ایران

²عشو هیات علمی موسسه تحقیقات گیاهپزشکی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران ایران

³عضو هیات علمی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج ، ایران

⁴عضو هیات علمی گروه فیزیک دانشگاه شهید بهشتی ایران

⁵شزکت واندا اطلس

چکیده

تشخیص زود‌هنگام بیماری گیاهان قبل از وقوع علائم، می‌تواند افت عملکرد را محصول را کاهش داده و کیفیت آن را افزایش دهد. این امر همچنین مصرف سموم شیمیایی، مشکلات زیست‌محیطی و هزینه تولید را کاهش می‌دهد. هدف از انجام این تحقیق، تشخیص غیر تخریبی بیماری لکه‌موجی گیاه گوجه‌فرنگی و همچنین تشخیص مهمترین عوامل بیماری‌زای آن (A. solani, A. alternate) از یکدیگر در مراحل اولیه بیماری، قبل از بروز علائم ظاهری، با استفاده از طیف‌سنجی مرئی / فروسرخ نزدیک (400-900 نانومتر) بود. داده‌های طیفی از برگ‌های گیاهان آلوده به A. alternate و A. solani در 48، 72، 96 و120 ساعت بعد از تلقیح بیماری استخراج شدند. به‌منظور توسعه مدل‌های تشخیص بر اساس داده‌های طیفی، از تجزیه مؤلفه‌های اصلی (PCA) همراه با شبکه عصبی مصنوعی (ANN) استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل PCA-ANN توانست گیاهان آلوده و نوع پاتوژن را با دقت 93-100 درصد در نمونه‌های تست شناسایی کند. در 96 ساعت بعد از تلقیح، علاوه بر به‌دست آمدن مدل‌ ساده‌تر پیش‌بینی (8 مؤلفه اصلی و 3 نرون در لایه مخفی)، دقت 100 درصد تشخیص حاصل شد. مدل‌های تدوین شده، در تمامی زمان‌های بعد از تلقیح، در تشخیص گیاهان آلوده با A. solani که درای قدرت بیماری‌زایی بالایی می‌باشد نسبت به گیاهان سالم، هیچ خطایی نداشتند. استفاده از طیف‌سنجی مرئی / فروسرخ نزدیک (400-900 نانومتر) همراه با PCA-ANN توانست بیماری لکه‌موجی گوجه‌فرنگی و نوع پاتوژن آن را قبل از بروز علائم ظاهری (با دقت 100-93 درصد) بدون هیچ آماده-سازی گیاه، به صورت غیر مخرب تشخیص دهد. نتایج این پژوهش نشان داد که این تکنیک می‌تواند برای تشخیص سریع، کم-هزینه و زودهنگام این بیماری گوجه‌فرنگی به‌جای روش‌های آزمایشگاهی زمان‌بر، گران و مخرب به‌کار رود.

کلیدواژه‌ها

لکه‌موجی؛ طیف‌سنجی فروسزخ نزدیک؛ تجزیه مؤلفه‌های اصلی گوجه‌فرنگی