Drought is the most devastating environmental stress that farmers face worldwide. With the added pressures of climate change, drought years have become less predictable, more frequent and more severe.
干旱是全世界农民面临的最具破坏性的环境压力。随着气候变化压力的增加，干旱年份变得不那么可预测、更频繁、更严重
因此，水不仅是生产足够粮食养活全球人口的基础；预计到2050年将达到97亿人；因此，我们需要用更少的水来提高作物产量
可持续农业的关键可能在于小麦和大麦等重要作物的野生亲缘关系。这些未被充分利用的基因宝藏蕴藏着由几代人在恶劣环境下的自然选择形成的应激耐受机制
研究人员长期以来一直认为野生亲缘关系是遗传研究中应激耐受的来源，但这些发现大多是偶然的或罕见的
商业作物品种与其野生亲缘品种的结构和生理学之间存在许多差异，传统的筛选方法不足以识别、分析野生作物并将其纳入育种计划
我们的研究发表在《新植物学家》杂志上，建立了一种使用高通量和非侵入性成像技术的系统方法，以确定哪些野生品系具有有益的作物改良特性，应考虑进行育种，避免巧合的发现
肉眼之外的观察直到最近，在大型田间试验中确定作物性能的最佳方法是种植不同的作物系，并根据其外观和产量对其进行评估
但野生亲缘关系往往会在完全成熟时丢弃种子，因此很难根据它们的粮食产量来判断它们，因此饲养者在使用它们之前往往会三思而后行
创新的遥感技术正在改变我们描述作物性能的方式。这就像是超越肉眼所能捕捉到的东西，来检测植物从阳光反射或以荧光或热量形式发出的许多光波中的信号
作为一种辐射形式，热量的发射波长超过了人类所能看到的波长，但可以使用热探测器进行测量
反射的阳光提供了关于植物光合作用效率的丰富信息；利用阳光、二氧化碳和水以糖的形式产生氧气和能量。这可以使用高光谱成像传感器进行精确测量，该传感器收集和处理来自数百或数千个窄谱带的电磁波谱的信息
尽管使用遥感研究植物性状已经很流行，但我们通过深入研究作物用水的效率，并将这些信息与高光谱和热成像技术相结合，来推动这一趋势
了解古代作物对温度波动的反应机制将有助于我们发现尚未探索的植物育种机会，并使我们的研究更有针对性
最终目标是从适应环境的野生品系中开发新的商业品种，通过克服目前确定哪些野生品系具有未开发的干旱适应特性的障碍，为可持续农业开辟道路
这通常很难确定，因为理想的性状可能因育种目标和栽培地点而异
通过同一根吸管呼吸和饮水植物通过一个称为蒸腾作用的过程失去水分，蒸腾作用通过气孔发生，气孔是允许二氧化碳进入叶片表面的相同通道
使用相同的入口和出口意味着在节约用水和通过光合作用获得足够的碳以生产健康谷物之间存在不可避免的权衡
因此，我们的筛选技术接受了这种权衡，以寻找能够忍受长期缺水，但一旦补充水分，就能恢复健康生长的植物
就像在《沙丘》中，人们已经适应了非常干燥的条件，沙漠环境中的植物也发展出了自己应对干燥条件的方法
如果我们把人类的出汗视为植物的蒸腾作用，那么能够很好地适应干旱条件的植物已经发展出多种机制，使它们在干旱期间能够减少“出汗”和节水，同时保持压力和健康
我们使用从高光谱和热遥感技术收集的数据来创建基于图像的蒸腾效率（iTE）指数，这是一个相对容易解释的植物育种参数
使用iTE，我们可以确定适应良好的品系，这些品系在干旱条件下表现出如此高效的用水能力，并且仍然能够维持其恢复生长的能力
一举两得尽管我们在开发iTE时考虑到了野生种群，但它的应用也可以扩展到种植的商业作物
从纯粹关注产量表现的传统选择方法转变为品种选择，iTE指数可以与经典的耐受性测量相结合，从而对最佳野生系的育种做出更全面、更明智的决定
在与西班牙可持续农业研究所（IAS-CSIC）的合作下，我们发现在干旱条件下，相对于灌溉良好的控制，iTE的积极变化与商品小麦品种的产量稳定性之间存在着密切的联系；iTE的增加越大，收益损失就越少
产量稳定性表明，与正常、充足的水分条件相比，作物在干旱条件下保持粮食产量的程度。但是，一些作物在干旱条件下表现更好的原因有很多
例如，正如我们的研究所表明的那样，一些植物可能会保持有效的光合作用，而另一些植物可能有更深的根，可以在地表以下取水
后者可能在热图像中显示为较冷的树冠，因为它们能够吸收更多的水，使植物保持蒸腾，并降低温度
很难从田间试验中证实这种蒸腾作用是由深根引起的，还是这些植物只是保持气孔（气孔）开放，而不管缺水。我们的研究打破了这种复杂性，以准确地了解作物是如何实现产量稳定的
通过了解植物在季末保持产量的具体方式，我们可以更有效地利用潜在的遗传学
未来的作物一旦我们确定了有前景的野生品系，下一步将通过一个称为从头驯化的过程对其进行修改，以适应标准的农业实践
这种方法加速了人类数千年来选择和培育更好作物的过程。我们不需要等待几代人，而是使用先进的育种技术，将驯化作物中常见的良好性状快速直接添加到野生的耐压力植物中
这些非转基因育种改良生产的作物更容易使用标准管理实践进行种植
通过使用高光谱遥感来识别良好的候选野生品系，并进行新的驯化，使其成为种植者所需的，我们可以彻底改变作物发展，使植物适应不断变化的气候，以满足日益增长的全球粮食需求