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透過電腦視覺系統提升不孕昆蟲技術的害蟲防治功效

2020/03/02 @國際

摘要

巴西與丹麥跨國研究團隊針對巴西主要經濟作物害蟲——南美果實蠅進行族群繁衍控制,並藉由FAPESP提供的影像分析系統,成功地篩選出不孕雄性果實蠅來對抗南美果實蠅產生的危害。

透過電腦視覺系統提升不孕昆蟲技術的害蟲防治功效

  南美果實蠅Anastrepha fraterculus)是巴西南部主要的農作物害蟲,主要影響蘋果與桃子等作物。巴西聖保羅大學農業核能中心(CENA-USP)的研究人員Thiago de Araújo Mastrangelo表示,若不採用不孕昆蟲或其他控制方法,南美果蠅造成的經濟影響可能達到農業生產收入的40%。而發展不孕性昆蟲技術(insect sterile technique)則是防治南美果實蠅的策略之一,此技術利用X射線γ射線對不具生育力的雄性果實蠅進行滅菌處理,並將這些雄性果實蠅釋放至野外,以降低南美果實蠅的野生種群。此技術被認為是取代殺蟲劑和有毒誘餌的一種經濟實惠方法。在輻射照射之前,會以肉眼辨識蟲蛹並丟棄死亡的蟲體做為品質管控的方法,然而,這種分析生理型態的方式易產生約10%誤差。例如:肉眼難區分空蛹、死亡蛹與正常蟲蛹的差異,但這樣的問題可能影響後續果實蠅族群控制的效率。【延伸閱讀】乳牛臉部影像辨識

  為了優化檢測流程,ClíssiaBarboza da Silva與團隊使用由丹麥公司開發的VideometerLab(一種多光譜成像儀器)來分析蛹。多光譜成像的原理是偵測光譜中一定的波長範圍的光線以辨別目標物,可用於精準識別樣品的品質變化。VideometerLab的購買價約為400,000巴西雷亞爾(現在約為92,000美元),相當於一臺咖啡機的大小,並具有19個LED閃光燈,每個閃光燈發出的波長不同(從紅外波長至紫外波長),並透過反射成像計算反射光與入射光的比率來檢測反射率,其易操作且檢測只需5秒,而手動分析則需幾個小時。此外,該設備可同時提供多種數據,如: 化學成分、生理、環境衛生與遺傳數據,也可用做電腦視覺系統,透過模擬人類視覺從圖像中取得數據的人工智慧。VideometerLab的數據與圖形會隨著時間的變化以利監測蛹的品質。藉由VideometerLab產生的圖像能顯示不同顏色,越藍表示反射率越大,且蟲蛹品質越佳。

  相關研究發表於《應用昆蟲學(Journal of Applied Entomology)》雜誌,此技術於去年已應用於巴西最南端——南里奧格蘭德州的瓦卡里亞。CENA-USP所設立的測試工廠每周可生產150,000-200,000隻不孕果實蠅,這些果實蠅完成輻射滅菌後,便放入含有食物與水的盒子中送往瓦卡里亞,待其發育為成蟲後釋放到田間與野生雌蟲交配。若這些不孕雄蟲的數量大於野生雄蟲,將能有效降低南美果實蠅族群數量。且目前為止,尚無證據表明南美果實蠅的防治作業對該地區的環境生態產生不利影響。

  Barboza da Silva認為VideometerLab的應用潛力不僅只於此,目前此儀器已在全球多個領域使用,包括醫學、藥理學與新興材料等。研究團隊還嘗試使用VideometerLab分析番茄、胡蘿蔔、桐油樹和花生種子,並獲得聖保羅研究基金會(FAPESP)支持。常規的種子品管測試具有一定的破壞性與主觀性,其差異取決於分析人員的培訓程度,利用VideometerLab就能夠減少檢查過程中的耗損,並客觀、準確地分析種子樣本的品質,並對種子的物理、生理、遺傳和衛生特性進行詳細判斷,進而節省時間和金錢。

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