Relazione tecnica sullo sviluppo di una pipeline per l’analisi di immagini multispettrali acquisite dalla piattaforma di fenotipizzazione high-throughtput della URT IPSP-CNR di Metaponto

Ospitata presso l’Infrastruttura di Ricerca (RI) Metapontum Agrobios dell’Agenzia Lucana per lo Sviluppo in Agricoltura (ALSIA), l’Unità di Ricerca presso Terzi dell’Istituto per la Protezione Sostenibile delle Piante (URT-IPSP) di Metaponto ha realizzato una piattaforma di fenotipizzazione ad alto rendimento (High-Throughput Phenotyping, HTP) per lo studio del fenotipo delle piante. La fenotipizzazione ad alto rendimento è una disciplina che integra tecnologie avanzate per il monitoraggio dello sviluppo vegetale, combinando sistemi di sensoristica multispettrale e iperspettrale (operanti nelle lunghezze d’onda del visibile, infrarosso e termico) con piattaforme automatizzate o semi-automatizzate. Queste ultime possono operare secondo due principali approcci: plant-to-sensor, in cui le piante vengono trasportate verso il sistema di acquisizione; sensor-to-plant, in cui è il sistema di acquisizione a muoversi sopra o intorno alle piante. L’acquisizione delle immagini viene effettuata periodicamente per l’intera durata della sperimentazione, su ciascun individuo o parcella sperimentale precedentemente mappata o registrata nel sistema. La successiva elaborazione e analisi delle immagini consente di estrarre firme spettrali e indici di vegetazione basati sulle diverse capacità di assorbimento dei pigmenti e dei tessuti vegetali. Tali indici forniscono informazioni fondamentali sullo stato di salute delle piante, sull’attività fotosintetica e sull’eventuale presenza di stress biotici o abiotici, oltre a parametri strutturali utili per la stima della biomassa. Un aspetto particolarmente rilevante è la natura non distruttiva delle misure, che consente di monitorare nel tempo l’accrescimento delle piante e la loro risposta ai trattamenti nelle diverse fasi fenologiche, fino alla raccolta. Gli stessi individui possono inoltre essere analizzati tramite misure non distruttive complementari, come scambi gassosi a livello fogliare, contenuto di clorofilla, fluorescenza e area della chioma, ottenute mediante strumenti portatili. Queste misurazioni rappresentano lo standard di calibrazione e validazione a terra (ground-truthing), indispensabile per la verifica e la derivazione degli indici ottenuti da imaging. Attualmente, diverse aziende (es. LemnaTec GmbH e Photon Systems Instruments) offrono sistemi di fenotipizzazione completi e automatizzati, che permettono di programmare l’intero esperimento, gestire lo stoccaggio dei dati in database dedicati e guidare l’analisi tramite software proprietari, producendo risultati in tempi rapidi. Tuttavia, si tratta di sistemi chiusi e poco personalizzabili, che limitano il controllo dell’utente finale e comportano costi elevati di licenza e assistenza tecnica. La piattaforma sviluppata presso la URT-IPSP di Metaponto si configura invece come un prototipo modulare e aperto, progettato per garantire la massima autonomia nella scelta della sensoristica, nella gestione dei dati e nelle metodologie di analisi. Questa impostazione, se da un lato offre grande flessibilità e indipendenza, dall’altro richiede un’attività dedicata di sviluppo, testing, programmazione e organizzazione dei dati, che costituisce l’oggetto della presente relazione tecnica