Estimating wheat grain yield using Sentinel-2 imagery and exploring topographic features and rainfall effects on wheat performance in Navarre, Spain

Reliable methods for estimating wheat grain yield before harvest could help improve farm management and, if applied on a regional level, also help identify spatial factors that influence yield. Regional grain yield can be estimated using conventional methods, but the typical process is complex and labor-intensive. Here we describe the development of a streamlined approach using publicly accessible agricultural data, field-level yield, and remote sensing data from Sentinel-2 satellite to estimate regional wheat grain yield. We validated our method on wheat croplands in Navarre in northern Spain, which features heterogeneous topography and rainfall. First, this study developed stepwise multilinear equations to estimate grain yield based on various vegetation indices, which were measured at various phenological stages in order to determine the optimal timings. Second, the most suitable model was used to estimate grain yield in wheat parcels mapped from Sentinel-2 satellite images. We used a supervised pixel-based random forest classification and the estimates were compared to government-published post-harvest yield statistics. When tested, the model achieved an R2 of 0.83 in predicting grain yield at field level. The wheat parcels were mapped with an accuracy close to 86% for both overall accuracy and compared to offcial statistics. Third, the validated model was used to explore potential relationships of the mapped per-parcel grain yield estimation with topographic features and rainfall by using geographically weighted regressions. Topographic features and rainfall together accounted for an average for 11 to 20% of the observed spatial variation in grain yield in Navarre. These results highlight the ability of our method for estimating wheat grain yield before harvest and determining spatial factors that influence yield at the regional scale

Treatment with tocilizumab or corticosteroids for COVID-19 patients with hyperinflammatory state: a multicentre cohort study (SAM-COVID-19)

Objectives: The objective of this study was to estimate the association between tocilizumab or corticosteroids and the risk of intubation or death in patients with coronavirus disease 19 (COVID-19) with a hyperinflammatory state according to clinical and laboratory parameters. Methods: A cohort study was performed in 60 Spanish hospitals including 778 patients with COVID-19 and clinical and laboratory data indicative of a hyperinflammatory state. Treatment was mainly with tocilizumab, an intermediate-high dose of corticosteroids (IHDC), a pulse dose of corticosteroids (PDC), combination therapy, or no treatment. Primary outcome was intubation or death; follow-up was 21 days. Propensity score-adjusted estimations using Cox regression (logistic regression if needed) were calculated. Propensity scores were used as confounders, matching variables and for the inverse probability of treatment weights (IPTWs). Results: In all, 88, 117, 78 and 151 patients treated with tocilizumab, IHDC, PDC, and combination therapy, respectively, were compared with 344 untreated patients. The primary endpoint occurred in 10 (11.4%), 27 (23.1%), 12 (15.4%), 40 (25.6%) and 69 (21.1%), respectively. The IPTW-based hazard ratios (odds ratio for combination therapy) for the primary endpoint were 0.32 (95%CI 0.22-0.47; p < 0.001) for tocilizumab, 0.82 (0.71-1.30; p 0.82) for IHDC, 0.61 (0.43-0.86; p 0.006) for PDC, and 1.17 (0.86-1.58; p 0.30) for combination therapy. Other applications of the propensity score provided similar results, but were not significant for PDC. Tocilizumab was also associated with lower hazard of death alone in IPTW analysis (0.07; 0.02-0.17; p < 0.001). Conclusions: Tocilizumab might be useful in COVID-19 patients with a hyperinflammatory state and should be prioritized for randomized trials in this situatio

Influencia de la fertilización nitrogenada y la conservación post-cosecha sobre las proteínas del gluten la calidad harinopanadera del trigo blando

Las proteínas del gluten, compuestas por gliadinas y gluteninas, son las responsables de que la masa elaborada con harina de trigo posea unas propiedades viscoelásticas que la distinguen con respecto a la de otros cereales. A su vez, la fertilización nitrogenada, además de su relación con el rendimiento del cultivo, influye de manera fundamental en la síntesis y acumulación de estas proteínas en el endospermo del grano. El aporte de N por encima de la dosis óptima para el rendimiento en Triticum aestivum L. cv. Berdún incrementó la concentración de N en grano y harina, los contenidos de gliadinas y gluteninas, así como la extensibilidad (L) y la fuerza (W) de la masa. Los contenidos de gamma-gliadinas y de gluteninas (tanto de alto (HMW) como de bajo peso molecular (LMW)) fueron los que mejor estimaron L y W, respectivamente, independientemente de la campaña y otras condiciones de cultivo. El cultivo de trigo en regadío permite obtener altos rendimientos pero, sin embargo, puede suponer una reducción de la calidad harino-panadera debido al efecto de dilución de la proteína. A pesar de la aplicación de dosis altas de N, las pérdidas de N por lixiviación de nitratos fueron en todos los casos inferiores al 5% del N total disponible para la planta, debido a que la moderada lluvia invernal y el ajuste del riego a las necesidades del cultivo limitaron el volumen de drenaje. En general, la eficiencia del N tendió a empeorar al aplicar dosis muy altas, si bien se observaron variaciones entre años de cultivo relacionadas con el aporte de N por el propio suelo. Tomando las cuatro variedades del ensayo en conjunto, ni el contenido de gamma- gliadinas, que se había mostrado como un buen estimador inter-campaña en el caso de cv. Berdún, ni cualquiera de los otros tipos proteicos resultaron de utilidad para explicar el valor de L. Sin embargo, se consiguió mejorar dicha estimación a través de cálculos basados en el contenido de cada una de la tres subfracciones (gammaA, gammaB, gammaC) que componen las gamma-gliadinas. El contenido de HMW-gluteninas se comportó como un buen estimador de W, a pesar de las diferencias entre variedades en su composición alélica. Además, las omega- gliadinas mostraron también una buena correlación con W, que podría estar relacionada con la estrecha asociación entre los loci Gli-1 y Glu-3. Gracias a dicha correlación, las omega-gliadinas podrían tener utilidad como marcador en programas de mejora genética. Una composición particular de las gamma-gliadinas que sea especialmente favorecedora de las propiedades extensibles de la masa podría estar relacionada así mismo con valores bajos de W, aun cuando la composición alélica de las HMWgluteninas de dicha variedad presente a priori una gran aptitud para destacar por sus cualidades de fuerza. La humedad del grano de trigo varió durante su almacenamiento hasta alcanzar la humedad de equilibrio en función de la temperatura y humedad relativa de la atmósfera circundante. Condiciones simultáneas de alta temperatura (30ºC) y alta humedad relativa (75%) provocaron un importante descenso del peso específico del grano, así como de L, mientras que ocasionaron un aumento de la tenacidad (P) y W. Estos cambios en la calidad harino-panadera pueden estar relacionados con las reacciones de intercambio disulfuro-sulfhidrilo en los polímeros de gluteninas. Además, la actividad alfa-amilásica disminuyó bajo cualquier condición de almacenamiento, pero especialmente cuando el grano se mantuvo a una alta temperatura. Por otro lado, el grano almacenado durante varios meses en las condiciones habituales presentes en un clima mediterráneo no experimentó modificaciones de importancia en su calidad harinopanadera.Gluten proteins, consisting of gliadins and glutenins, are responsible for the unique viscoelastic properties of dough made with wheat flour, which distinguishes it from that of other cereals. On the other hand, N fertilization, on top of its relationship with crop yield, has an essential influence on the synthesis and accumulation of gluten proteins in the endosperm of the grain. N supply above optimum N rate for yield in Triticum aestivum L. cv. Berdún increased grain and flour N concentration, together with gliadin and glutenin contents, and, also, dough extensibility (L) and strength (W). The contents of gamma-gliadins and glutenins (both HMW- and LMW-glutenins) displayed the best estimation of L and W values, respectively, independently of the cropping season and other growing conditions. Growing wheat under irrigation allows high yields to be attained. Nevertheless, it can result in a reduction of bread-making quality due to the protein dilution effect. In order to counteract that negative consequence, high N rates were applied to a field experiment comprising varieties of different typology (cvs. Badiel, Berdún, Nogal and Osado). Those N rates above optimum for yield produced an increment of grain and flour N concentration, gliadin and glutenin contents together with L and W in all varieties. Nevertheless, in all cases the observed increment was limited to a N rate ranging between 60-180 kg N ha-1, although more commonly located in the lower part of that range. Despite the application of high N rates, N losses by nitrate leaching were in all cases lower than 5% of the total amount of N available to the plants, due to the moderate winter rainfall and the adjustment of irrigation to crop requirements, which limited drainage volume. In general terms, N efficiency showed a tendency to worsen when very high N rates were applied, even though variations between cropping years related to different soil N supply were observed. Taken the four cited varieties as a whole, neither the gamma-gliadin content, which showed to be a good estimator of L independently of the cropping season for cv. Berdún, nor any other protein type was able to explain L values. However, the estimation of L improved by the utilization of calculations based on the contents of each gamma-gliadin subfraction (gammaA, gammaB, gammaC). The content of HMW-glutenins was a good estimator of W, in spite of the differences in the allelic composition among varieties. Moreover, omega-gliadins also showed a strong correlation with W, which may be related to the close linkage between Gli-1 and Glu-3 loci. Due to that correlation, omega-gliadins might have a useful role as a marker in breeding programs. A particular composition of gamma-gliadins being especially favorable for dough extensibility properties could also be related to low W values, even though allelic composition of HMW-glutenins of that variety could initially lead to think of a good aptitude for strength properties. Grain moisture content was modified throughout storage until equilibrium moisture content was reached depending on the temperature and relative humidity of the surrounding atmosphere. The joint effect of high temperature (30ºC) and high relative humidity (75%) conditions promoted a marked decrease of test weight and L, while increased tenacity (P) and W. Those changes in bread-making quality could be related to disulfide-sulfhydryl interchanges in glutenin polymers. Moreover, alfa-amylase activity decreased under any type of storage conditions, although the modification was more prominent at high temperature. On the other hand, grain kept for several months at the prevailing conditions of a Mediterranean climate underwent only minor changes in bread-making quality.La financiación para la realización de esta Tesis Doctoral procedió de los proyectos “Manejo eficiente del nitrógeno y el azufre en una rotación trigo-colza, bajo criterios medioambientales, de rendimiento y de calidad del producto final”, (RTA2005-00219-C03) y “Eficiencia en el uso del N en trigo en condiciones de clima mediterráneo húmedo: integración de aspectos agroambientales y de calidad del producto” (RTA09-028-C3-2), ambos condedidos por el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA).Programa Oficial de Doctorado en Biotecnología (RD 1393/2007)Bioteknologiako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 1393/2007

Influencia de la fertilización nitrogenada y la conservación post-cosecha sobre las proteinas del gluten y la calidad harino-panadera del trigo blando

Las proteínas del gluten, compuestas por gliadinas y gluteninas, son las responsables de que la masa elaborada con harina de trigo posea unas propiedades viscoelásticas que la distinguen con respecto a la de otros cereales. A su vez, la fertilización nitrogenada, además de su relación con el rendimiento del cultivo, influye de manera fundamental en la síntesis y acumulación de estas proteínas en el endospermo del grano. El aporte de N por encima de la dosis óptima para el rendimiento en Triticum aestivum L. cv. Berdún incrementó la concentración de N en grano y harina, los contenidos de gliadinas y gluteninas, así como la extensibilidad (L) y la fuerza (W) de la masa. Los contenidos de ¿-gliadinas y de gluteninas (tanto de alto (HMW) como de bajo peso molecular (LMW)) fueron los que mejor estimaron L y W, respectivamente, independientemente de la campaña y otras condiciones de cultivo. El cultivo de trigo en regadío permite obtener altos rendimientos; sin embargo, puede suponer una reducción de la calidad harino-panadera debido al efecto de dilución de la proteína. Con objeto de contrarrestar dicha consecuencia negativa, se aplicaron dosis altas de N en un ensayo de campo que comprendía variedades de diferente tipología (cvs. Badiel, Berdún, Nogal y Osado). Dosis de N por encima del óptimo para el rendimiento produjeron un incremento de la concentración de N en el grano y la harina, del contenido de gliadinas y gluteninas, así como de L y W en todas las variedades. No obstante, en todos los casos el incremento observado se vio limitado a una dosis de N comprendida entre 60-180 kg N ha-1, si bien situada de forma más habitual en la parte inferior de dicho rango.A pesar de la aplicación de dosis altas de N, las pérdidas de N por lixiviación de nitratos fueron en todos los casos inferiores al 5% del N total disponible para la planta, debido a que la moderada lluvia invernal y el ajuste del riego a las necesidades del cultivo limitaron el volumen de drenaje. En general, la eficiencia del N tendió a empeorar al aplicar dosis muy altas, si bien se observaron variaciones entre años de cultivo relacionadas con el aporte de N por el propio suelo. Tomando las cuatro variedades del ensayo en conjunto, ni el contenido de ¿-gliadinas, que se había mostrado como un buen estimador inter-campaña en el caso de cv. Berdún, ni cualquiera de los otros tipos proteicos resultaron de utilidad para explicar el valor de L. Sin embargo, se consiguió mejorar dicha estimación a través de cálculos basados en el contenido de cada una de la tres subfracciones (¿¿¿¿¿¿¿ ¿C) que componen las ¿-gliadinas. El contenido de HMW-gluteninas se comportó como un buen estimador de W, a pesar de las diferencias entre variedades en su composición alélica. Además, las ¿-gliadinas mostraron también una buena correlación con W, que podría estar relacionada con la estrecha asociación entre los loci Gli-1 y Glu-3. Gracias a dicha correlación, las ¿-gliadinas podrían tener utilidad como marcador en programas de mejora genética. Una composición particular de las ¿-gliadinas que sea especialmente favorecedora de las propiedades extensibles de la masa podría estar relacionada así mismo con valores bajos de W, aun cuando la composición alélica de las HMW-gluteninas de dicha variedad presente a priori una gran aptitud para destacar por sus cualidades de fuerza. La humedad del grano de trigo varió durante su almacenamiento hasta alcanzar la humedad de equilibrio en función de la temperatura y humedad relativa de la atmósfera circundante. Condiciones simultáneas de alta temperatura (30ºC) y alta humedad relativa (75%) provocaron un importante descenso del peso específico del grano, así como de L, mientras que ocasionaron un aumento de la tenacidad (P) y W. Estos cambios en la calidad harino-panadera pueden estar relacionados con las reacciones de intercambio disulfuro-sulfhidrilo en los polímeros de gluteninas. Además, la actividad ¿-amilásica disminuyó bajo cualquier condición de almacenamiento, pero especialmente cuando el grano se mantuvo a una alta temperatura. Por otro lado, el grano almacenado durante varios meses en las condiciones habituales presentes en un clima mediterráneo no experimentó modificaciones de importancia en su calidad harino-panadera.Peer Reviewe

Effect of nitrogen fertilizer rate on wheat flour extensibility

Trabajo presentado en el 17th International Nitrogen Workshop, celebrado en Wexford (Irlanda) del 27 al 29 de junio de 2012.Nitrogen (N) fertilization in wheat is essential to obtain the desired grain yield and quality. One of the characteristics of wheat flour that determine its performance during baking is the extensibility. Increases in N fertilizer rate promote increments of dough extensibility (Garrido-Lestache et al., 2004). The objective of this work was to know how this increment is affected by year and genotype.This research was funded by INIA projects RTA2005-00219-C03-03 and RTA2009-00028-C03-02. Jon González-Torralba was predoctoral scholarship holder of the Public University of Navarre (Spain).Peer Reviewe

Durum Wheat Grain Yield and Quality under Low and High Nitrogen Conditions: Insights into Natural Variation in Low- and High-Yielding Genotypes

The availability and management of N are major determinants of crop productivity, but N excessive use has an associated agro-ecosystems environmental impact. The aim of this work was to investigate the influence of N fertilization on yield and grain quality of 6 durum wheat genotypes, selected from 20 genotypes as high- and low-yielding genotypes. Two N levels were applied from anthesis to maturity: high (½ Hoagland nutrient solution) and low (modified ½ Hoagland with one-third of N). Together with the agronomic characterization, grain quality analyses were assessed to characterize carbohydrates concentration, mineral composition, glutenin and gliadin concentrations, polyphenol profile, and anti-radical activity. Nitrogen supply improved wheat grain yield with no effect on thousand-grain weight. Grain soluble sugars and gluten fractions were increased, but starch concentration was reduced, under high N. Mineral composition and polyphenol concentrations were also improved by N application. High-yielding genotypes had higher grain carbohydrates concentrations, while higher concentrations in grain minerals, gluten fractions, and polyphenols were recorded in the low-yielding ones. Decreasing the amount of N to one-third ensured a better N use efficiency but reduced durum wheat agronomic and quality traits

Ammonium nutrition affects the accumulation of winter wheat glutenins

Trabajo presentado en el 17th International Nitrogen Workshop, celebrado en Wexford (Irlanda) del 27 al 29 de junio de 2012.Bread wheat quality is a highly complex feature which is mainly determined by the amount of grain protein and the qualitative composition of that protein. Nitrogen fertilization is the agronomic practice that most widely affects the quality, since the accumulation of reserve protein is influenced not only by the amount of N fertilizer, but also by the type and timing of N source applied. Nitrogen fertilization improves grain quality due to a rise in grain protein content (Fuertes- Mendizábal et al., 2011). However, the N source or splitting N application has a more variable effect on grain quality. The main objective of this study was to assess the effect of applying exclusively ammonium as the N source split into two or three applications during the crop lifecycle on the composition of the reserve protein fraction responsible for bread dough strength.Projects Etortek K-Egokitzen, RTA2009-00028-C03-03 and IT526-10.Peer Reviewe