Using UV-C radiation and image analysis for fungus control in tomato plants

• Autores: Merlín A. Valencia, Luis Fernando Patiño Hoyos, Jorge Herrera Ramírez, Darío Antonio Castañeda Sánchez, Jorge A. Gómez, Jairo C. Quijano
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 50, Nº. 4, 2017, págs. 369-378
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Uso de la radiación UV-C y análisis de imágenes en el control de hongo en plantas de tomate
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• Resumen
  • español

    Los hongos patógenos de las plantas son la mayor amenaza para la agricultura en el mundo; Para contrarrestar su efecto se utilizan fungicidas químicos sintéticos, que causan efectos adversos sobre la salud humana y el medio ambiente. Los métodos físicos para controlar patógenos están surgiendo como una alternativa para manejar las enfermedades de los cultivos; sin embargo, han sido poco explorados. El tomate (Solanum lycopersicum) es el vegetal más frecuentemente cultivado en el mundo y crece en una amplia gama de climas, tanto en campo como en invernadero. Uno de los factores más limitantes para la producción de tomate es la enfermedad foliar conocida como mildeo polvoso. El rendimiento y la calidad del fruto pueden reducirse debido a que la enfermedad puede desarrollarse rápidamente y los folíolos gravemente afectados mueren. En este trabajo, se evaluó el efecto de UV-C (254 nm) sobre el desarrollo del mildeo polvoso en condiciones de invernadero. Los folíolos se sometieron a diferentes tiempos de exposición de UV-C y con la adquisición de imágenes RGB y el análisis de imágenes se determinó la tasa de crecimiento de la lesión. Los tiempos de exposición que no causaron lesiones visibles en folíolos sanos, se utilizaron para medir el efecto sobre folíolos con la enfermedad. Después de la infección natural, se determinó el área de la lesión, el número total de lesiones y la tasa de crecimiento con respecto al área inicial de la lesión. Comparando con foliolos no tratados, aplicaciones de 30 s o 60 s de UV-C cada 48 h por 10 días, redujo significativamente la severidad del mildeo polvoso en los folíolos de tomate. También comparamos la determinación tradicional de la tasa de crecimiento utilizando un calibrador con un programa personalizado basado en la adquisición y análisis de imágenes, indica que el último es un sistema más completo para seguir con precisión la evolución de la enfermedad. Este trabajo es un enfoque importante para aplicar la luz a los problemas agrícolas de manera no invasiva en condiciones de precosecha de plantas, lo cual ha sido pobremente explorado, y demuestra la aplicación del análisis de imágenes en el estudio de variables agrícolas importantes.

  • English

    The plant pathogenic fungi are the greatest threat to agriculture in the world; to counteract its effect synthetic chemical fungicides are used, which cause adverse effects on human health and the environment. Physical methods to control pathogens are emerging as an alternative for managing crop diseases; however, they have been little explored. Tomato (Solanum lycopersicum) is the most frequently cultivated vegetable in the world and it grows in a wide range of climates, both field and greenhouse. One of the most limiting factors for tomato production is the foliar disease known as powdery mildew. The yield and quality of the fruit can be reduced because the disease can develop rapidly and severely affected leaflets die. In this paper, the effect of UV-C (254 nm) on the development of powdery mildew under greenhouse conditions was evaluated. The leaflets were submitted to different UV-C exposure times and with the acquisition of RGB images and image analysis the growth rate of the lesion was determined. The exposure times that did not cause visible injuries in healthy leaflets were used to measure the effect on leaflets with the disease. After natural infection, the lesion area, the number of total lesions and the growth rate with respect to the initial lesion area were determined. Comparing with non-treated leaflets, 30 s or 60 s applications of UV-C each 48 h for 10 days, significantly reduced powdery mildew severity on tomato leaflets. We also compared traditional growth rate determination using a caliper with a custom program based on image acquisition and analysis, reporting that the latest is a more complete system to follow accurately the disease evolution. This work is an important approach of applying light to agricultural problems noninvasively in preharvest conditions, which has been poorly explored in agriculture, and it demonstrates the application of image analysis in the study of important agricultural variables.