באמצעות שימוש ברחפנים המצוידים ביכולות טכנולוגיות מתקדמות, הצליח צוות מחקר ישראלי להשיג פריצת דרך משמעותית שתסייע לביטחון המזון העתידי. על ידי הטסת הרחפנים וצילום מאות חלקות עם מגוון זני חיטה, יכלו החוקרים להעריך תכונות מפתח כמו יעילות הנשימה של הצמחים דרך העלים שלהם, לאמוד את כמות העלווה ולמדוד את רמות הכלורופיל בצמח.
לאחר מכן, קישרו החוקרים בין התכונות הללו לגנים ספציפיים בחיטה, וזיהו סמנים גנטיים המקושרים לביצועים טובים יותר בתנאים רגילים ויבשים כאחד. גישה זו מקלה על מציאת ופיתוח זני חיטה עמידים יותר לאתגרי אקלים, ובכך מסייעת להבטיח ביטחון תזונתי עתידי. ההקלה נובעת מיכולת איסוף מהירה יחסית בעזרת רחפן, כך שכל הצמחים מצולמים במשך זמן קצר יחסית בהשוואה למדידה ידנית.
3 צפייה בגלריה
שימוש ברחפנים לזיהוי זני החיטה עמידים בפני יובש
(צילום: רועי שדה, ד"ר איתי הרמן ופרופ' צבי פלג)
המחקר החדש, שנערך בהובלת חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים ומכון וולקני, משנה למעשה את הדרך שבה מגלים את סודות העמידות של חיטה. באמצעות רחפנים המצוידים במצלמות תרמיות והיפרספקטרליות (מצלמות שאוספות מידע באורכי גל שונים על גבי הספקטרום האלקטרומגנטי, גם מעבר לתחום הראיה האנושי, ולוכדות תמונות מרחביות באיכות וברזולוציה גבוהה) מתקדמות, הצליחו החוקרים למצוא שיטה מהירה ומדויקת יותר לזיהוי זני חיטה שיכולים לשגשג באקלים חם ויבש, מטרה דחופה שיכולה לתרום לביטחון תזונתי ברחבי העולם אל מול שינויי האקלים.
המחקר, שבוצע בפועל החל מהתכנון, איסוף הנתונים וכלה בעיבודם על ידי הדוקטורנט רועי שדה בהנחיית ד"ר איתי הרמן ופרופ' צבי פלג מהמכון למדעי הצמח והגנטיקה בחקלאות, בפקולטה לחקלאות מזון וסביבה של האוניברסיטה העברית, פורסם לאחרונה בכתב העת Computers and Electronics in Agriculture. במחקר לקחו גם חלק ד"ר ויקטור אלחנתי וד"ר רואי בן דוד ממכון וולקני.
החוקרים הפעילו רחפנים מעל ניסויי חיטה במתקן Pheno-IL שבחוות הפקולטה לחקלאות, כדי לאסוף תמונות מפורטות של החום הנפלט והאור המוחזר מהצמחים. התמונות אפשרו לחוקרים להעריך עד כמה זני חיטה שונים מצליחים לנהל את משק המים שלהם דרך הפיוניות, נקבים זעירים בעלים המווסתים את חילוף הלחות והגזים. כמו כן, נמדדו תכונות נוספות כמו מדד שטח עלה ותכולת כלורופיל. בעזרת מודלים של למידת מכונה, ניתחה קבוצת המחקר את הנתונים שנאספו לאורך שתי עונות גידול.
3 צפייה בגלריה
רועי שדה מאתר את זני החיטה שעמידים בפני יובש
(צילום: רועי שדה, ד"ר איתי הרמן ופרופ' צבי פלג)
החוקרים הצליחו לקשור תכונות צמחיות אלו לאזורים ספציפיים בגנום של החיטה, וזיהו 16 סמנים גנטיים הקשורים לביצועים טובים יותר בתנאים מיטביים ותנאי בצורת. הסמנים אומתו בניסוי שדה נוסף. "עד כה, מדידת מוליכות פיוניות, היכולת של הצמח לווסת מים, הייתה תהליך איטי שהצריך שימוש בכלים ידניים", אמר שדה. "השימוש ברחפנים מציע דרך מהירה ועוצמתית לזהות צמחים פחות פגיעים לבצורת מבלי לגעת בצמחים כלל".
המחקר כלל 300 גנוטיפים מגוונים של חיטה, שגודלו בתנאים מיטביים ובתנאי יובש במערכת ה"אל-מטר", מתקן גידול מבוקר עם גג הנסגר בגשם (rain-out shelter). הקבוצה השתמשה במודלים מסוג Support Vector Machine להערכת תכונות צמחיות על סמך התמונות שנאספו מהרחפנים, והשיגה שיפור של 28% בדיוק הערכות ניצול המים.
במחקר הוצגה יכולת משופרת להערכת מוליכות פיוניות על בסיס שילוב של מידע שנאסף מהדימותים ההיפרספקטרליים והתרמיים. "הצמח מגיב לתנאי הסביבה, על בסיס המידע הגנטי שלו, ותגובה זו ניתנת לזיהוי בלתי הרסני באמצעים הספקטרליים כמו גם התרמיים" הסביר ד"ר הרמן. "הכלים הספקטרליים מזהים תגובות מסוימות בעוד התרמיים מזהים שינויים אחרים ולכן שילובם מגביר את יכולת ההערכה של מוליכות הפיוניות".
3 צפייה בגלריה
השטח שבו בוצע המחקר על זני החיטה העמידים בפני יובש
(צילום: רועי שדה, ד"ר איתי הרמן ופרופ' צבי פלג)
זהו המחקר הראשון שבו נעשה שימוש בהערכת מוליכות פיוניות מבוססות רחפן (UAV) למיפוי סמנים גנטיים בחיטה. הממצאים יכולים לסייע בפיתוח זני חיטה בעלי ביצועים גבוהים ויכולת התמודדות טובה יותר עם אקלים משתנה. שילוב של טכנולוגיית רחפנים עם ניתוח גנטי עשוי להאיץ באופן משמעותי את תהליכי הטיפוח, ולעזור לחקלאים לעמוד בקצב הביקוש הגובר למזון ובתנאים סביבתיים משתנים. "שילוב זה של דימות רחפן ספקטרלי ותרמי כבר הניב יכולת הפרדה בין מחסור בחנקן למחסור במים בצמחי שומשום שהתפרסמה לאחרונה בכתב העת ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing", אמר ד"ר הרמן. "אך נושא שילוב כלי החישה מרחוק עם גנטיקה לשיפור איכות יבולים נמצא רק בחיתוליו ועשוי להתרחב לגידולים נוספים ומטרות שונות".
בעוד שינויי האקלים ממשיכים לאתגר את מערכות המזון העולמיות, חדשנות מסוג זה מציעה דרך עוצמתית להכין את החקלאות לעתיד. על ידי שילוב טכנולוגיה מתקדמת עם תובנות גנטיות, מחקר זה סולל את הדרך לפיתוח מואץ של זני חיטה שיוכלו לעמוד בחום, יובש ועקות אקלים אחרות, וכך לתרום לביטחון תזונתי לדורות הבאים. מחקרים רבים במגוון תחומי החקלאות הישראלית יוצגו בכנס מדעי החקלאות השני בישראל (15-17 בספטמבר 2025), ביניהם גם ממצאי המחקר החדש, שנתמך על ידי המועצה להשכלה גבוהה, משרד החוץ ההולנדי, והמדענית הראשית של משרד החקלאות וביטחון המזון בישראל.
