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精准农业和灌溉——当前美国观点
精准农业与灌溉 – 美国当前观点 Steven R. Evett，美国农业部农业研究局自然资源与可持续农业系统代理副局长，steve.evett@ars.usda.gov Susan A. O’Shaughnessy，美国农业部农业研究局农业研究工程师，P.O.抽屉 10，2300 Experimental Station Road，Bushland，TX 79102，美国，Susan.O’Shaughnessy@ars.usda.gov Manuel A. Andrade，美国农业部农业研究局赞助的橡树岭科学与教育研究所农业研究工程师，P.O.抽屉 10，2300 Experimental Station Road，Bushland，TX 79102，美国，Alejandro.Andrade@ars.usda.gov 摘要。精准农业 (PA) 作为农业经营的概念框架，满足了管理农场、流域、区域和国际范围内田间和田间变异的需求。自 20 世纪 80 年代美国现代 PA 诞生以来，PA 的使用方式、所涉及的目标以及支持它的技术发生了巨大变化。全球定位系统 (GPS) 可供公众使用。结合最初为卫星图像开发的地理信息系统 (GIS) 计算机技术，PA 成为农民规划特定地点农业经营的主流工具，早期包括施肥，其次是播种率、种子品种、农药喷洒，现在是特定地点灌溉。配备 GPS 转向和位置感知监督控制系统的设备允许将预先确定的场地特定处方图下载到设备中，并用于关闭喷洒系统，例如，当喷洒系统经过水道时。支持 GPS 的收割设备生成的产量图是用于场地特定管理的第一批数据之一，由于缺乏共变现场数据和基于土壤时空特性如何影响植物发育的充分决策支持系统 (DSS)，结果往往令人困惑。然而，这种被动和间接的 PA 已经发展到提供更强大的解决方案，例如，根据地理参考土壤采样提供可变速率施肥，从而生成肥料需求处方图。或者另一个例子，基于多卫星传感器融合的 30 米分辨率作物用水图进行空间可变灌溉管理。许多较为成功的 PA 技术都涉及机载传感器系统，该系统将数据提供给嵌入式计算平台，从而对设备进行实时调整。此类主动和直接 PA 系统使用现代技术，例如，在有杂草时打开喷洒设备，否则关闭，或者在非生物胁迫传感器指示作物缺水时打开可变速率灌溉喷嘴。此类监控和数据采集 (SCADA) 系统依赖于基于对生物物理学和生物系统的复杂理解的算法。如今，计算能力、数据采集和管理基础设施、新建模范式和空间决策支持系统的融合为 PA 带来了新的可能性。PA 服务的提供者现在包括从国家到地方各级的政府机构、私人提供者（通常使用来自政府地面、空中和卫星传感系统的公开数据）、大学推广系统和农民合作社。数据来源范围从公共领域到农民或第三方持有的私人数据。有关数据标准、数据共享、数据所有权以及公共和私人权利的问题进一步增加了现代 PA 的复杂性，但公共和私人机构都在积极解决这些问题。
精准农业和灌溉——当前美国观点
精准农业与灌溉 – 美国当前观点 Steven R. Evett，美国农业部农业研究局自然资源与可持续农业系统代理副局长，steve.evett@ars.usda.gov Susan A. O’Shaughnessy，美国农业部农业研究局农业研究工程师，P.O.抽屉 10，2300 Experimental Station Road，Bushland，TX 79102，美国，Susan.O’Shaughnessy@ars.usda.gov Manuel A. Andrade，美国农业部农业研究局赞助的橡树岭科学与教育研究所农业研究工程师，P.O.抽屉 10，2300 Experimental Station Road，Bushland，TX 79102，美国，Alejandro.Andrade@ars.usda.gov 摘要。精准农业 (PA) 作为农业经营的概念框架，满足了管理农场、流域、区域和国际范围内田间和田间变异的需求。自 20 世纪 80 年代美国现代 PA 诞生以来，PA 的使用方式、所涉及的目标以及支持它的技术发生了巨大变化。全球定位系统 (GPS) 可供公众使用。结合最初为卫星图像开发的地理信息系统 (GIS) 计算机技术，PA 成为农民规划特定地点农业经营的主流工具，早期包括施肥，其次是播种率、种子品种、农药喷洒，现在是特定地点灌溉。配备 GPS 转向和位置感知监督控制系统的设备允许将预先确定的场地特定处方图下载到设备中，并用于关闭喷洒系统，例如，当喷洒系统经过水道时。支持 GPS 的收割设备生成的产量图是用于场地特定管理的第一批数据之一，由于缺乏共变现场数据和基于土壤时空特性如何影响植物发育的充分决策支持系统 (DSS)，结果往往令人困惑。然而，这种被动和间接的 PA 已经发展到提供更强大的解决方案，例如，根据地理参考土壤采样提供可变速率施肥，从而生成肥料需求处方图。或者另一个例子，基于多卫星传感器融合的 30 米分辨率作物用水图进行空间可变灌溉管理。许多较为成功的 PA 技术都涉及机载传感器系统，该系统将数据提供给嵌入式计算平台，从而对设备进行实时调整。此类主动和直接 PA 系统使用现代技术，例如，在有杂草时打开喷洒设备，否则关闭，或者在非生物胁迫传感器指示作物缺水时打开可变速率灌溉喷嘴。此类监控和数据采集 (SCADA) 系统依赖于基于对生物物理学和生物系统的复杂理解的算法。如今，计算能力、数据采集和管理基础设施、新建模范式和空间决策支持系统的融合为 PA 带来了新的可能性。PA 服务的提供者现在包括从国家到地方各级的政府机构、私人提供者（通常使用来自政府地面、空中和卫星传感系统的公开数据）、大学推广系统和农民合作社。数据来源范围从公共领域到农民或第三方持有的私人数据。有关数据标准、数据共享、数据所有权以及公共和私人权利的问题进一步增加了现代 PA 的复杂性，但公共和私人机构都在积极解决这些问题。
高中实地考察
high s chool f ield t撕裂了DNA学习中心（DNALC）是一种独特的教育资源，是美国第一个致力于改善DNA科学教育的设施。在我们的现代教学实验室中，DNALC员工强调了一种互动方法，将发现过程与学习相关联。学生执行遗传工程师使用的关键技术。实验室协议是由冷泉港实验室的DNA素养计划制定的，已由成千上万的老师和学生进行。将为2024 - 2025年提供以下实验室经验。DNA指纹实验室是一个入门实验室，适用于想要使用DNA但几乎没有分子生物学经验的类的类。作为高级安排生物学课程的一部分，教育测试服务需要DNA限制分析和细菌转化，并为许多级别的学生提供丰富的动手实验室经验。检测跳跃基因，人类线粒体测序和法医DNA分析实验室，使学生能够查看自己的DNA。DNA指纹（实验室时间：2小时）人DNA比不同的DNA更相似，那么我们如何找到差异？限制性酶是识别特定DNA序列的蛋白质，可用于确定是否存在特定的DNA序列。在本实验室中，将使用限制酶摘要和琼脂糖凝胶电泳比较“证据”和“可疑”的DNA。DNA分析将与犯罪现场数据相结合，以得出有关每个嫌疑人的结论。DNA限制分析（实验室时间：3½小时）DNA限制分析实验表明，可以用识别并切割特定靶序列的酶来精确地操纵DNA。在该实验室中，限制酶（分子生物学的剪刀）用于从噬菌体lambda中消化DNA。切割后，通过琼脂糖凝胶电泳可视化DNA片段，使学生可以通过与对照组进行比较来识别“神秘”酶。细菌转化（实验室时间：2½小时）细菌转化实验说明了生物体的遗传补体（基因型）及其可观察到的特征（表型）之间的直接联系。两个用于抗生素耐药性和发光的基因被引入大肠菌大肠杆菌中。过夜孵化后，将转化的细菌与未转化的细菌进行比较，其在氨苄青霉素存在下生长的能力并在暴露于紫外线时发光。检测跳跃基因（以前是人DNA指纹识别）（实验室时间：4小时，需要监护人同意*）此实验室检查了16号染色体的DNA区域，该区域可以包含一个短的核苷酸序列，称为Alu在染色体的非编码区域内。alu插入是基因组中“跳跃”的DNA段。学生将从盐水漱口水获得的细胞中制备自己的DNA样品，使用PCR扩增靶向基因座，然后使用琼脂糖凝胶电泳来确定该ALU的存在或不存在，该ALU跳入了数万年前的染色体。回到学校，类数据可以用作探索等位基因频率和人口遗传学的一部分，并确定相关的同学。人类线粒体测序（实验室时间：4小时，需要的监护人同意*）对控制区域内的对照区域的比较表明，人们具有单核苷酸多态性（SNP）的独特模式。这些序列差异反过来是对人类DNA多样性和人类演变的高度研究的基础。在这个实验室中，学生从通过盐水漱口水获得的细胞中准备了自己的DNA样本，使用PCR扩增自己的线粒体DNA和琼脂糖凝胶电泳的一部分，以确认结果。DNA进行测序，并将结果上传到DNALC的Bioservers网站。回到学校，学生可以对自己的DNA序列进行生物信息学分析，以探讨现代人类如何发展的理论以及他们与世界各地的同学和人的关系。法医DNA分析（实验室时间：4小时，需要的监护人同意*），该实验室检查了一个称为D1S80的染色体上的高度可变的串联重复多态性，类似于FBI创建遗传特征的方法。学生将从盐水漱口水获得的细胞中准备自己的DNA样品。通过PCR扩增后，DNA芯片的大小分辨率提高使学生可以识别其基因型，而传统的琼脂糖凝胶电泳是不可能的。这是一个先进的实验室，适用于具有分子生物学和遗传学的背景的类别。