close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

312

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА
И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ '
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА
• На правах
рукописи
ТИМЧЕНКО Сергей Дмитриевич
УДК 633.1; 631.52:612.014.482
СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН
Специальность 06.01.05 — селекция и семеноводство
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
МОСКВА 1993
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена в Московском институте радиотехники
н электроники РАН
Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных
наук, профессор Березкин А. Н., кандидат сельскохозяйственных наук Демкин П. П.
Ведчцая организация — Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства
Защита диссертации состоится « / / »
4/0Mv<
1993 г в *5
. часов на часеданни специализированного
совета Д-120 35 04 в Московской сельскохозяйственной зклдемии имени К. А Тимнрячева
Адрес: 127550. Москва И-550, Тимирязевская ул, 49
Сектор защиты диссертаций ТСХА
Автореферат разослан «с /^- » fl^*f^-K _
1993 г
Ученый секретарь
/if
специалтированного с о в е г а ^ т ^
^
л Р. Р. Усманов
>
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. В большой мере эффективность современного
сельскохозяйственного производства определяется посевными качествами семян. : Полевая всхожесть . семян зерновых ' культур в
среднем по стране составляет ежегодно около 80%. Это значит,
. что 40Х высеяных ежегодно;семян не дают всходов. А каждый процент снижения . всхожести семян уменьшает урожай' зерна на
1.2-1,БХ, ''В настоящее время для лабораторного определения;'
посевных качеств; например, всхожести, энергии прорастания, силы роста сухих семян используется "классический" метод проращивания ' в.' питательной среде, отобранных проб семян (ГОСТ
12038-84)."
•'. ;:• / / : . У ' " '
\ ; •' •••.•.-_ ^
'
Y -"••
•
Этот метод является трудоемким и дорогостоящим, он требует
'предварительной подготовки проб семян и создания • ряда, определенных условий при проращивании, нарушение хотя бы одного иа
которых может вести к существенным ошибкам иэмерений, что обуславливает в свою очередь повышенную субъективность данного ме-.
• т о д а . '
:
' - ' ' - , ' " ' ; • . ' • " .
v
'•':•''.;"•:/"
. -
:
" ' <
. • . . . ' , ' > •
':"-
Но главным недостатком метода проращивания является его
.неприемлимая длительность,так как; ' например, для определения,
•всхожести верен пшеницы требуется 7-8 суток.
" • ' '."
\ /Из-за • укаванных недостатков, в условиях современных требований ;К технологии производства, * переработке и реализации сельскохозяйственной, продукции используемый ныне метод •• определения
посевных качеств н аоснове проращивания семян оказывается устаревшим.^;.
'"'"•'•'''-"З .''.•-.v '•. '•'••' /'} г ..•••,: .•'.•:.'.'.••;•••
"
. • • Всвяаи'• с этим' задача', поиска новых быстродействующих неконтактных методов;анализа•качества семян приобретает на соаремен-;
. ном.этапе; особое наррднохрэяйственное-значение..:' '.. .-: ' .> "•• •
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА
Моск. сольскохоз академии
;
' г
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выяснение степени влияния различных веществ, содержащихся в
семени на его всхожесть является одной из актуальных задач биофизики растений.
Де»иь работа
фечтквные
Разработать на основе спектральных критериев зф-
экспресс-методы
оценки
всхожести
семян
различных
культур (без предварительной обработки семян), способные
улуч-
шить прогноз полевой всхожести. Дать биофиаическое обоснование i
возможных механизмов всхожести.
Научная новизна. Исследованы спектральные характеристики некоторых посевных качеств ваэяуиыо-сухих семян пшеницы,
меня и сои.
овса, яч-
Показана возможность прогнозирования всхожести се-
мян по спектрам обратного рассеяния в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Предложены эффективные
всхожести семян зерновых и бобовых культур.
ная
методы
определения
Обоснована возмож-
роль фитохрома ка начальном этапе развития растений.
Практическая ценность. Проведанные* лабораторные испытания
по-
. каэали, что средняя вероятность, прогнозирования всхожести предч
I:
ложенными методами составила нщ менее 0.9. По справке Госсеминспекции СССР использование'^ных методов может быть эффективным, обеспечивая существенную экономил зерна.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на совещании участников программы СЭВ "СЕМШЕОРМАНАЛИЗ"
(Ленинград, 1988),а также н,а ежегодной выездной школе ИГУ по
биологическим мембранам (Звенигород,1989).
По материалам диссертации опубликовано две работы.
Структура работы. Диссертационная работа построена по традици-
онному
плану
и
включает введение, обзор литературы,
методику
зкперимента,результаты и их обоснование, выводы и список
ратуры из 4 3
ция
источников, в том числе
изложена ьа &п
рована 23
рисунками.
лите-
в иностранных. Диссерта-
страницах магашсписногс т*>чста и иллюстри-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
06«АЯ ШТОДОК ИССЛЕДОВАНИЯ.
.
.
..
Материал и выбор условий эксперимента >
Объектом исследования являлись семена пшеницы, овса, ячменя
и сои.
Семена этих культур существенно различаются по их внеш-
нему покрытию. В качестве исходных данных при обосновании оптических
критериев
оценки посевных качеств семян было целесооб-
• разно использовать
спектры
диффуэного(рассеянного)
'отражения
.воздушно-сухих семян в видимой и ближней ИК-областях.
•
структуре сильно рекристализованного стекла
ра
:
.
Макроструктура зерна по своим оптическим свойствам блигка к
обеспечивает
рассеяных
сравнительно
фотонов
большую
. Т а к а я структу-
глубину
проникновения
в видимой и ближней ИК-областях.
Тем самым
. обеспечивалась возможность учета оптических свойств
не. только
внешней части покровной поверхности семян,' но и.определенной ее
глубинной части.
• .' . - -
'
.
.'
Благоприятной особенностью использования показателя диффуз' ного отражения являлось то.что коэффициенты диффузного ' отражения
в
видимой
и
ближней
ИК-оОластях значительно выше,чем в
среднем и дальнем ИК-диапаеонах длин волн. Важное значение имел
и
тот факт,: что широко распространненые источники излучения -
лампы накаливания:'"-' имеют высокую полезную отдачу
излучения
в
этой области; ' В этой'же области высокую чувствительность имеют;
и фотоприемники (на основе монокристаллов Se и S i ) ' .
;
.
Чтобы обеспечить возможность использования разрабатываемого
метода для оценки посевных качеств в потоке семян, спектры снимались с . проб семян не подвергавшихся-предварительным подготовке
или
обработке. Семена измерялись
10x10 в порядке убывания размера.
•
• ' ;
'
•
;
'
_
-
•
-
'
,
;
.
Э
и '• располагались в кассе
Измерение спектроЕ
^
•
'
. '
'
.
.
.
'
'
•
'
-
.
проводи'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лось в партиях по 10 штук, после этого снимался спектр рассеяния интегрирующей сферы или бумаги в зависимости от условий
проведения эксперимента. При таком порядке получения спектров
гарантировались адекватные условия эксперимента для каждой пробы.
Полученные спектры отраженного от семени излучения, нормировались на сгектры белой бумаги или интегрирующей сферы, снятые при тех же условиях. Получаемые в результате татай обраСстки спектры являются истинными спектрами семени, госкодьку при
нормировке устраняются спектральные аппаратные функции и аппаратурные погрешности измерений.
После проведения спектральных измерений, семена высаживались согласно ГОСТу в чашке Петри по 10 штук, между слоями
фильтровальной бумаги с постоянной подачей воды С О . Чашки с
семенами помещались в термостат. Каждые сутки проводились изме. рения проросших семян. Намерялась длина всех ростков и корешков, данные заносились в таблицу. На четвертые сутки удалялись
явно загнившие семена для предотвратив вторичного заражения
остальных семян. Нз седьмые сутки окончательно измерялась длина
всех ростков и корешков у каждого семени, вед проросших семян
зарисовывался.
Оптические критерии количественной оценки посевных качеств
семян основывались на применении методов многомерной статистики. Корреляционная связь между оптическими критериям! семян и
их посевными качествами устанавливалась на основе определения
последних по традиционно применяемой стандартной методике.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 .. Iч
3 4
", ,:'•-
?
.
Монохроматор ' s•МДРг23-- '-•
2 - Г •; ,;, : • 5
V'•
!—()- --\
питания
:
• •: '"; Блок управл. -J Блок управл.
.•"•'*-•• 7.. монохроматором|-—\ шаговым двиг.
Принтер
• эш
Усилитель
•С АЦП .
V ' -7
. о -
Синхронный
детектор •
; *,••:-. 'Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки
. .
.' 1-источник • /излучения;'."' - 2,2',-Ьптич5Ские . • системы:
•:2->сдулятс:. со стабилигзцксй ,-:а:-т:-ы Ерацекйя; 4- пассивный
.•сгттсфильтр;. 5-поворотное зеркало: 6-фогоприемник; 7-семя;
8-подложка йэ черной резины.
' •"
. •"• -
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экспериментальная установка
Для определения спектральных характеристик семян использовалась установка, структурная схема которой представлена на
рис.1. Принцип работы установки основан на регистрации диффувно-отраженного от образца излучения с последующей обработкой на
ЭВМ. Измерения проводились в режиме синхронного детектирования
электрического сигнала фотоприемника с оптической модуляцией
светового потока. В качестве источника излучения использовалась
галогеновая лампа накаливания 250 Ватт. В качестве приемника кремниевый фотодиод ФД-22.
Для выявления влияния неоднородности химического состава
семян и их геометрических особенностей были поставлены эксперименты по определению диаграммы направленности диффуано-отражэкного света при различной ориентации семени и фото-приемника относительно оси светового пучка
Дня построения диаграммы направленности отраженного излучения семя помешалось на подложку иа черной губчатой резины в определенном положении и освещалось сфокусированным на его поверхность монохроматическим светом, диаметр пятна ка поверхности
семени не изменялся и был равен 2мм. Фотоприемник регистрировал
интенсивность отраженного излучения на выбранной длине волны по
сфере с диаметром 250мм. через 5 градусов.
Измерение спектральных характеристик отраженного света проводилось при тех же условиях освещения семени, но приемник располагался ка расстоянии в 80 мм. с азимутальным углом 45 градусов и саггитальным углом 90 градусов относительно оси пучка.
Анализ полученных данных показал,что диаграмма направленности рассеянного излучения представляет собой неоднородную
кривую с "изломами" и "провалами" характерными только для данного семени и только для одного его расположения под пучком.
-
6-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Это связано с наличием микротрещин и микронеоднородностей поверхности. . Кроме того, форма диаграммы направленности зависит и
. от длинны волны освещающего пучка.
•
•
Для поиска спектральных закономерностей между семенами иустранения влияния Присущих семенам •. пространственных различий
• оптических характеристик был применен метод интегрирующей сферы
(шар УльОрихта).
. : ' .• •>
• ' . '•
.".
РЕЗУЛЬТАТУ
ИССЛЕДОВАНИЙ
.
Спектральные критерии всхожести и силы роста
••-,.• свмяя на примере озимой пшеницы сорта Заря
'.• По окончании проращивания проводилась заключительная, обработка результатов спектрального анализа. •" .
• '.' .
. ••'_. С целью последующего сравнения,семян '.между собой, спектры"
•'. всей- партии, пророше иных семян нормировались на спектр наиболее сильного семени (эталон), т.е. семени, которое при ' проращивании
дало наиболее длинные корни и сашый сильный росток (рис.2). .
' : ; Нормированные на эталон спектры, зерен выравнивались по интенсивности• на двух-длинах.волн, отвечающих,аа красную и., синюю, .границы • линии1 поглощения -в районе,670.нм, и сравнивались по
' глубине этой линии.. Глубина линии,поглощения расчитывалась по
,• ф о р м у л е
:'.-'••
'.
''
• : . ' ; ' • . '
''' -'•': •
;
'
-:
'
': *
-I( iaml) )7( Iam3-laml)*( Iam2-laml)+
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис %
Втллотм* слектр (9T««OMI ндивом* «ильного
пшрнмци заря ,нормфоа*пным н« Сл»ктр тнг+гр
< И.С*)»
tOOO
I
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где
.•
I(laml),
h — глубина линии$
I(lanC), I(lam3) - интенсивности нормирован.''.'.. ного сигнала на 1-ой, 2-ой,
. ...
3-ей длинах волн соответс-*
- '"•'-•
'•• ' •
.'
'•.•-•
,'
•
твенно;'
• '
•
• '.-larnl, Iam2, 1атЗ - длины волн в'нанометрах.
: Типичные спектры всхожего и невсхожего- семян представлены*,
на рис. 2 и 3 соответственно.
*- ,
Рассчитанные по общепринятой методике
коэффициенты
корреляции глубины линии отражения,' с индексом всхожести семян•
и длиной ростка на седьмые сутки довольно высоки, равняясь соответственно 90Х и 85Х,доверительные интервалы (83;94) и (75;91).
Исходя : иа этого, можно заключить, что глубина линии снижения коэффициента отражения или повышения коэффициента поглощения несет в себе достаточно полную информацию о: "потенциальности" семени пшеницы "Заря" - его способности-взойти и дать
росток определенной величины, и в данном случае может быть
отождествлена с этим понятием. Потенциальность (Р) в отличие от
некоторых использующихся посевных характеристик есть величина
непрерывная; С двоичным индексом всхожести (Е) она связана еле-д у ю щ и м
образом.:'."'•-.
.'•'
..
.-'-••.
\
'. •• V
-.••".••-'•'.-•
./.-••
' .: ' .-(-Р > Р кр. »'.'•.">; Е-- 0 (семя не всходит)
• ' ;•;••.• •..' ( Р < Р k p . . j - > . Е - 1
':
(семя всходит) ' "
'" ; где- Р кр.:'-.порог всхожести семени .-
!
;. '
'••.-\.s
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Та есть по глубине линии отражения, зная порог всхожести,
можно предсказать всхожесть каждого семени. В нашем случав этот
прогноз реализоаывался с вероятностью О. 9.
* На основании результатов всех экспериментов с данной пробой
семян был построек график зависимости длины наибольшего из ростков у каждого семени от времени и силы (глубины) линии отражения в данном спектральном диапазоне рис. 4.
Как видно из рисунка, наибольшая вероятность прорастания
наблюдается у семян, которые имеют наиболее "гладкий" спектр,
чем сильнее линия отражения , тем меньше потенциальность семени. Можно заметить, что семена с силой линии поглощения более
35 отн. ед. в большинстве своем не прорастают, а те которые проросли в первые сутки, в последующие погибают. Это и есть порог
всхожести семян данного сорта пшеницы.
Для проверки полученных данных была высажена еще одна серия
семян (50 шт.), с предварительно снятыми спектрами. При этом
нормировка полученных спектров велась на спектр семени, давшего
наилучшие характеристики прорастания в предыдущей серии. Анализ
данных эксперимента по проращивании полностью подтвердил выводы, сделанные по результатам исследования предыдущей серии.
Проводилась попытка оценки влияния различных морфологических составляющих семени на результирующий спектр. Для этого
часть семян препарировалась на следующие части, эндосперм, зародыш, внешняя оболочка. Изучался спектр в целом и каждой из
частей в отдельности. Сравнение этих спектров показало, что
спектр в большой степени определяется спектроь эндосперма.
На основании всего сказанного можно заключить что, семена
озимой пшенгцы Заря , имеющие силу линии псглогения менее +35
отн. ед. ввойлут с вероятностью С. 9, а если сила линии поглоше-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис Ч
График динамики прорастания семян пшеницы Заря
Семена
ранжированы по значениях яотехциавыюсти (ось абсцисс)
Р, ОТН
Ляг
Flic 5
Эталон сеивин кшзиа
спектр м. с
, коршровашшя ва
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния превосходит эту величину, то семена нельзя считать всхожи- '
ми. В результате проведенного исследования был получен эталон-*
ный спектр сильного семени (рис. 2) данного сорта и при нормировке на него спектров других семян можно однозначно оценивать.
их всхожесть.
. . .
По этой же методике были проведены исследования семян озимой пшеницы Мироновская 808 . Полученные результаты, позволили
сделать вывод, что спектральные характеристики этого сорта пшеницы в целом такие же ,что и для "сорта Заря . Это позволяет •'.
считать, что линия экстремума обусловлена поглощением излучения,
одним и тем же веществом, содержащимся в эндосперме семян. Пороговое значение Ркр для этого сорта оказалось , несколько меньшим, чем для сорта Заря и составило 30 отн. ед. Все сказанное
дает возможность сделать вывод, что оптический критерий(формулы 1,2) принятый в этой работе для семян пшеницы сорта Заря '
применим для семян сорта Мироновская 808 и, очевидно, для
других сортов мягких пшениц..
•.
.'•:.'• ..' . '••_• . ;' •
Этот же оптический критерий оказался верным и для исследо- \
ваных нами сортов овса и сои. Для ячменя (Носовский,9) имеетместо пороговый эффект иной спектральной характеристики. ' ; :
:
.
Анализ спектральных характеристик •
. семга ячменя Носовский 9 '•'.."•
.
"
.;
[
•. • Семена1 ячменя, так же как и семена овса,, •'•." •' , ' • '\ '
имеют внешние оболочки, которые затрудняют спектральный анализ1.'
собственно семян. В отличие, от семян овса,,' у которых внешние .'•
оболочки отделяются, . у семян ячменя .они плотно прилегают к собственно семени и отделить их без повреждения затруднительно. .
-и-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для исследований выбиралась проба (50 шт.) семян, без Е><ДИш х механических повреждений,
без видимых
Проба семян была однородной и равномерной.
следов
загнивания.
По методике описан-
ной ранее снимались спектры обратного рассеяния.
По окончании
эксперимента по проращиванию семян выбиралось
семя давшее наиболее сильные ростки и наиболее развитую
вую систему.
корне-
Спектры всех проращиваемых семян нормировались на
спектр данного семени. Полученные спектры сильно различаются от
семени к семени, причем характеристические особенности спектров
проявляются на разных длинах волн во всем изучаемом
спектраль-
ном диапазоне.
Попытки связать всхожесть семян
со
спектральными
особен-
ностями,
выявляемыми методами, описанными ранее, не увенчались
успехом.
Преобразования вида спектральных характеристик спосо-
бами,
применяемыми для семян других культур,
не применимы.
для данных семян
Эти обстоятельства обусловили привлечение специ-
альных методов математической обработки.
Для исследования спектров семян ячменя
многомерной
статистики:
применялись
методы
анализ главных компонент и метод фак-
торных нагрузок.
Анализ главных
компонент
показал
наличие одного фактора,
определяющего спектральные закономерности
ристик
семян.
На долю
зтого
дисперсии изучаемых спектров,
фактора
оптических
приходится
характе9?Х
всей
при этом доли забираемой суммар-
ной дисперсии для второго и третьего факторов составили 2Х и 12.'
соответственно.
Факторные нагрузки, суть коэффициенты корреляции факторов с
исходными значениями коэффициентов диффузного рассеяния семян в
данном
диапазоне ддлн волн.
Нагрузка на первый фактор во Есем
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диапазоне длин волн превышает 0.87, достигая максимального значения равного 1.0 в интервале 605 -' 635 нм, при этом, значения
второй и третьей факторных нагрузок, в указанном диапазоне длин
волн близки к нулю. Это означает, что измеряя интенсивность
диффуано-рассеянного света в данном интервале, при одних и тех
>» условиях постановки эксперимента, , можно однозначно определять значение первого фактора. - / ...'•./•.
•. '•
Эта зависимость линейная, и для выбранного нами. информатив- '.
ного канала на 621 нм, аналитически выражается формулой:
'. У/
"
•
'••.
'
;
'
где
'
'• '
С .- 0.11*К(621)
'
:
; .
'
.С
:
*
'
1
-'
4
'
..
,
•
' •
• " ' •
+ 0 . 1 ',;,.'']
" * • •
.
'
•"'.'
• : .' : ;
( 3 ) - .,
" • ' • : ' • ! ' • ' ' •
•
,
'
•
"
:
. " . : ' . ' • ' '
величина п е р в о г о ф а к т о р а ; . .."".. г.'•••'". . '
V
'..'•;.
.
• . : .
'••:'_•'
'•.•'.
.
:
.
;
- -
:
"
;'-.. ''
К(621) - н о р м и р о в а н н ы й ' коэффициент --диффузного
. • ,.
'•' . ^
• •
. ; ." ,
;•- ; ' ,
.'•.•.*•'..
:
•'.. р а с с е я н и я з е р н а н а длине! волны 621 н м . ч ' '•;" -
Вторая факторная
н а г р у з к а ; до 7 0 0 нм принимает з н а ч е н и е не
более 0 . 1 по модулю,, з а т е м в о з р а с т а е т ,
ма в красном у ч а с т к е с п е к т р а ,
достигая своего
;
максиму-
-не. превышая при этом 0.6.• Т р е т ь я ; '
факторная н а г р у з к а имеет локальный.максимум в районе 670'• н м л с '
максимальным значением 0 . 2 ,
мало
о т л и ч а е т с я
от. нуля..'
в остальном с п е к т р а л ь н о м диапазоне,
-
:
" • ••,•....' • •
Первый фактор удалось идентифицировать,',
:.-'-^..''•'•-•",• •'
оказалось, .что.его.,
значение коррелирует с индексом всхожести с коэффициентом ..кор-.
реляции R=83% ( 72;: 90), а с -длиной ростка на. седьмые .сутки: пер-вый-фактор коррелирует с R»80^,( 67; 88).'
.... "•' _
;
.•
_.. • •,•.' -• '
.-.Таким образом, первый фактор'можно с достаточным основанием
считать фактором потенциальности семени*,; Порог-, всхожести опре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
делается из рис.5 и составляет для интенсивности диффуано отраженного света 6 отн. ед.. Прогноз всхожести семян ячменя по фактору потенциальности превысил 95Х. Эталонный спектр приведен на
рис. 6.
Интересен факт выявления данными методами обработки других
факторов, идентифицирование которых также возможно.
Важно то, что используемые методы обработки помогают обнаружить глубинные статистические взаимосвязи спектров семян. Как
следует, например, из рис. 5, выделенный информативный диапазон
фактора потенциальности ячменя 605 - 635 нм практически не связан с выраженными визуальными характеристиками спектров - линиями поглощения. Все это говорит о широких возможностях применения предложенных методов многомерной статистики в различных
спектральных задачах, связанных со свойствами воздушно-сухих
семян.
Биофизические особенности определенна всхожести свиян
по спектральный оптический характеристикам
Посевные качества семян в большой степени определяются содержанием в нихфи&иодогически активных веществ. Выявленные в
процессе исследований высокие значения коэффициентов корреляций
найденных оптических показателей с посевными качествами сэмяк
позволяют считать, что экстремумы в спектрах диффузного отражения в видимой и ближней ИК-областях, очевидно,обусловлены спектральными особенностями поглощения излучения определенными биологически активными веществами.
Современные достижения в области морфогенеза растений выявили исключительно важную роль в развитии и росте растений фи-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тохромных
р е а к ц и й " . .-.".•, н а ч и н а я / с
самых ' ранних; этапов
развития растительного организма в стадии проростка.
Проростки
семян различных видов растений являются наиболее распространен- ными объектами, исследований регуляторных:процессов растений че- ••
рез фитохромные реакции. Фитохром обнаружение только -в.: пророс- .
тках, но и в нелророщенных воздушна-сухих семенах.:
':'•'
• , •"•',.
• Фитохром имеет две взаимно превращаемых формы с максимумамипоглощения при 660 нм (Р 660) и 730 нм (Р 730). Действие фитохрома
на
различные функции растите'льного органиэмагссновано на .
его обратимых фотопревращениях i под влиянием красного , излучения
( Д шах-660 нм) физиологически неактивная форма фитохрома
Р 660 превращается в физиологически - активную форму Р 730.. И на- -.
оборот,'форма фитохрома Р 730; поглощая дальнекрасное излучение
(7уП\ах«730 нм) превращается в форму Р 660.Излучение,, поглощенное
<*
. .'• v
' . :,
этим регуляторным пигментом, расс-
матривают как фактор, действующий на степень экспрессии тех ге- •
нов, которые предзапрограмировакны к восприятию.света /(^^прямому ;.'
.или
опосредованному)..
.
-
•
.
-, • Врезультате действия излучения эти:;'
•
'
.
:
•
<
•
• -
-
*
•
*
-
•
.
•
-
-
гены запускают.биосинтез определенных видов 'новых
•
белков
или^
. изменяют активность биосинтеза, уже имеющихся, белков,., в том чис- ; - .
'.ле • ответственных
буляения". семян и
з а морфогенез на. самом начальном этапе "про-•
развития
проростка.-
Положительное ;влияние •
красного и отрицательное влияние дальнего крэ.сного'^злучений'на:'
-. прорастание , семян * '„•>,'.' ' '.* ^такке
свидетельствуют о важной роли .
1
фитохрома в этом процессе. ;;. ..'... ,' /.- • './'•,.:'•' ',.''}•".':'.''
\.\.\': '.*••' '.-'•'.
. .".„Область 6 3 0 - '770; нм -'налитая: экстремумов в спектрах отра- '
жения-, изученных. семян„ .j,очевидно не случайно;совпадает, с об- •
,. ластью поглощения излучения формами. • фитсхрома.
:
Наиболее ; ярко *
минимумы диффузного, ст раийкия., : семян; большинства исследованных-;:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 6 График динамики прорастания семян ячменя Носовский 9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
культур выражены в области 660-680 н м , которая соответствует
области максимального поглощения излучения формой фитохрома
Р 650 см. рис.?. .
:•
. .'. ';.
В начальный период при отсутствии облучения;дальним красным :
излучением (Апах«730), фитохром находится в физиологически неактивной форме Р 660. ' Это позволяет предположить,;что минимумы
диффузного отражения изученных семян в области 660-680 нм обусловлены поглощением излучения этой области содержащейся в семе. нах формой фитохрома Р 660..' К тому же установлено,что красный
свет (когерентный и .некогерентный) влияет на качество семян
пшеницы через фитохромную систему. Этот фоторецептор, ответе-ч
твенный за развитие растительного организма на начальном этапе,
в период его нахождении в семени, естественно должен быть расположен таким образом, чтобы падающее на поверхность семени излучение могло им поглощаться. '•'•; * .
..••
/ .
Отсутствие полного совпадения минимума отражения излучения .
поверхностью семян с 'максимумом поглощения излучения формой
фитохрома. Р 660 можно объяснить наличием содержащихся в оболочке семян других веществ, поглощающих излучение в,этой об-,
ласти. Такой экранирующий или маскирующий эффект, например,был
обнаружен при изучении спектра действия гибели: клеток -путем,f
разрушения нуклеиновых кислот (ДНК) ультрафиолетовым ивдучени- '
- ем. Максимум этого спектра оказался смещенным в длинноволновую
область (приблизительно; на . 10 нм) по сравнению с максимумом
. поглощения ДНК ., Непосредственная экспериментальная < проверка
влияния • фитохрома на спектры отражения семянв>аидимой:и ближ- .
ней ИК-областях"затруднена вевязи с отсутствием.надежной методики выделения фитохрома.
•
'
.
'
•
>
.
•
.
'
•
•
•
.
.
-
.
.
•
•
. • ' ..."
-
-
•
•
•
•
•
"
-
ч
•
•
•
'
•
.
.. •.•.;•;:••-..*:.
,
•
•
"
'
.
•
•
•
-
.
.
•
.
•
-
•
.
'
-
.
-
•
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Преииущ&ства предлагаемого метода
Прибор реализующий
сгектражьво-оптическии
метод
может
достаточно простым и дешевым, имея при этом различные конструктивные воплощения. 3 качестве асиовных элементов он должен содержать лампу накаливания, несколько светофильтров, фотодиод
как приемник отраженного излучения и электронную схему управления. Прибор может быть, например, установлен на транспортерной
ленте в зернохранилища или иметь взд компактного переносимого
анализатора для выборочного экспресс-анализа.
Используемый прибором метод; определения всхожести семян
зерновых и бобовых культур имеет следующие основные преимущества перед существующим:
1. Оценку всхожести семян мсокшз проводить в реальном масштабе
времени с целью оперативной проверяй или контроля посевных качеств семян. Это имеет большое значение для интенсификации всего сельскохозяйственного процесса. В частности быстрое определение всхожести очень важно для семга с незаконченным послеуборочным дозреванием, так как такие семена при обычном определении всхожести медленно прорастает и дают заниженный процент
всхожести. Пээтому, например, щ и использовании на посев свежеубранных семян овимых культур удостоверение о кондиционности
выдается на основании показатели жизнеспособности.
2. Всхожесть семян может определяться в потоке на всей массе
семян. Найденные спектрально сиютческие критерии обладают в
большинстве своем инвариантностью но отношению к объёму выборки
анализируемых семян, то ест» "1аасветкаи может происходить по
. •
величина некоторой площади, которая будет учитываться при калибровке прибора.
Применяемый метод определения всхожести на основе проращивания чгемян зачастую прогнозирует всхожесть десятков тысяч килограм семян по нескольким сотням грамм. Хотя семена одной
партии, одного растения, соцветии я даже плода могут отличаться
по своим анатома-морфологических, физическим, химическим, физиологическим и генетическим гризнакзм (явление раанокачесгвенности)
. И, конечна, они 5удуг атлккатьоя по посевным КЗЧРСТ8 «id.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приведенная особенность метода дает возможность селективного отбора невсхожих семян по всей массе семян для использования
их для, скажем, кормовых целей и замены на вс;сожие, что должно
улучшать полевую всхожесть. . -.-'., "/ ' , ' •-•-. . .' .'
3. Предложенный метод может давать более, полную качественну»
оценку состояния семян. Даже в идеальных условиях хранения
жиэненность семян снижается в результате влияния сложного комплекса причин. '. Причем - . проведенные- исследования, Л Бартон(84),А.& Репин(64). показывают, что. полевая всхожесть может.
значительно снижаться, а лабораторная(измеряемая существующим
методом-прим. автора)- оставаться при этом неизменной',.' ;• . •'.- '-'
;• В отличии от испольэуемой индексной характеристики - всхожести (взойдет••-• не взойдет) вводимое характеристика "потенци-»
альности" является непрерывной интегральной величиной, несущей
з себе информацию, например, и о силе роста будущих семян.; Через потенциальность может-; быть ' интерпретирована лианеспособ- •
ность семени. А также .оценен статистический интервал."разброса",
свойств для оценки полевой всхожести с большей достоверностью. '4. Найденный метод в силу того,*, что обычный свет не оказывает
никакого разрушительного• воздействия на^• семена;7является не'.
деструктивны* Это позволяет с успехом использовать его, напри- •
мер, в пивоварении когда требуется проверить все зерно на всхо- .
жесть не разрушая его. Так как главный критерий "качества пива -*:
вьгаокий процент всхожести всех семян, иэ которых; оно будет при-,;
г о т о в л е н о . " ;
-
'
."
•
'•
•••.-'
-".
•
.••'::'-'\,
';•••''••.-'-.•'•','"•*•
••;".'••
:
--.'•'
Колебания полевой всхожести невозможно прогнозировать суг
П5ествующими методами с достаточной достоверностыо. 'JA это необходимо, "чтобы1;использовать ей показатель"для,корректировки нор-мы высева. Задача состоит в том, чтобы создавать для высеянных
семян' благоприятные условия и' максимально приблизить:•'•"полевую
.всхожесть' к ' лабораторной '.' ".' И можно, полагать;,,что указанные
выше преимущества
спектрально-оптического
метода
будут
'способствовать в решении этой задачи.
' ,
-2Q-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные в диссертационной работе экспериментальные и теоретические изыскания можно представить в виде
следующих основных пунктов*
1 Показана возможность использования характеристик
обратного рассеяния зондирующего излучения в видимой и
ближней инфракрасной областях для прогнозирования всхожести воздушно-сухих семян без проращивания.
2 Найдены зависимости спектральных
характеристик,
определяющие всхожесть семян зерновых и бобовых культур
Определены пороги всхожести семян Даны эталонные спектры изученных культур На основании проведенных исследований предложены инструментальные экспресс-методы определения всхожести
3 На примере ячменя показанл эффективность применения методов многомерной статистики для идентификации
спектральных признаков семян
4 Обоснована возможная роль фитохрома, содержащегося в семенах, на формирование экстремумов (характеристик) в спектрах отражения семян изученных к>льтур
5 Разработана автоматизированная экспериментальная
установка для исследования спектральных характеристик
воздушно-сухих семян Даны рекомендации по промышленной адаптации и использованию созданной установки.
Таким образом, задача определения всхожести семян разработанными методами может быть сведена к:
1) измерению интенсивностей отраженного от семян света на указанных длинах волн;
2) нормировке измеренных интенсивностей на эталонные
значения,
3) сравнению полученных значений с порогами всхожести
данных культур
Предложения производству
Предложенные в работе методы и созданные в перепек
тиве на нх основе приборы рекомендуется использовать Российской Государственной Семенной Инспекции, а также хозяйствам и "фермерам для оперативного контроля посевных
качеств семян.
Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:
1 Т и м ч е н к о С Д У с ч а н о в С А Опреде iemie всхожь-Сти
семян отчет по НИР, ГКНТ подгруппа ТК N 10714/1025 Е
2 Т и м ч е н к о С Д , У с м а н о в С А, С в е н т и д к и й И И
определение качества семян по оптическим спектральным характеристикам изд НЦБИ АН СССР, г Пушино, 1990
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объем \lU п. л.
' Заказ 654
'
Тираж 100
Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева
127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
886 Кб
Теги
312
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа