doi: 10.15389/agrobiology.2022.5.911rus
УДК 633.11:631.53.011:57.084.1
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерство науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение с Минобрнауки России № 075-15-2020-805 от 02 октября 2020 года).
ОЦЕНКА РАЗНОКАЧЕСТВЕННОСТИ И СКРЫТОЙ ДЕФЕКТНОСТИ
СЕМЯН ПШЕНИЦЫ (Triticum aestivum L.) ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМИ
ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
Н.С. ПРИЯТКИН✉, М.В. АРХИПОВ, П.А. ЩУКИНА, Г.В. МИРСКАЯ,
Ю.В. ЧЕСНОКОВ
Для контроля качества семенного материала существует ряд стандартных тестов, регламентированных ISTA (International Seed Testing Association, Швейцария), а также перспективных инструментальных методов, оценивающих характеристики поверхности семян, их структурной целостности и интегральные электрофизические параметры. Цель исследования заключалась в оценке эффективности инструментальных физических методов при изучении скрытой дефектности у экологически разнокачественных семян пшеницы разного генетического происхождения. Разнокачественность и скрытую дефектность семян пшеницы (Triticum aestivum L.) оценивали с использованием оптической визуализации, микрофокусной рентгенографии и электрофотографии. Установлено, что метод оптической визуализации в сочетании с автоматическим анализом цифровых сканированных изображений позволяет статистически достоверно различать семена пшеницы разных сортов и генетических линий по цветовым характеристикам — составляющим цветовой модели RGB (red — красный, green — зеленый, blue — синий), а именно цветовому тону и насыщенности. Также выявлены различия между семенами одних и тех же сортообразцов и генетических линий, полученных в полевых и регулируемых условиях. Обнаружено, что цветовые характеристики поверхности семян, оцениваемые с помощью анализа цифровых сканированных изображений, статистически значимо различаются как у сортов и генетических линий пшеницы, так и у одного образца, выращенного в неодинаковых экологических условиях (полевых либо регулируемых). В частности, значения цветового тона цифровых сканированных изображений у семян разных сортов пшеницы, полученных в регулируемых условиях (фитополигон Агрофизического института), менялись от 0,081±0,0005 до 0,090±0,0006, в полевых — от 0,084±0,0005 до 0,088±0,0005, насыщенности — соответственно от 0,326±0,0005 до 0,419±0,0006 и от 0,371±0,0005 до 0,444±0,0005. Установлено, что увеличение числа трещин на рентген-проекциях зерновок пшеницы снижает их посевные качества. Выявлено, что поврежденность семян пшеницы клопом вредной черепашкой можно успешно детектировать с помощью микрофокусной рентгенографии в сочетании с автоматическим анализом цифровых рентгеновских изображений, при этом с увеличением балла поврежденности посевные качества семян в целом снижаются. Показано, что электрофотографические характеристики цифровых газоразрядных изображений у семян разных сортов пшеницы неодинаковы: средняя интенсивность изображений варьировалась от 53,30±1,00 до 60,60±1,17, коэффициент формы — от 6,67±0,35 до 8,28±0,48, энтропия — от 1,84±0,06 до 1,98±0,03. Предложенные нами подходы и полученные экспериментальные данные указывают на эффективность инструментальных физических методов при оценке разнокачественности и скрытой дефектности семян пшеницы. Это позволило разработать новое направление в функциональной неинвазивной диагностике качества семян с учетом комплексной оценки внешних и внутренних аномалий и дефектов, существенно влияющих как на биологическую полноценность семян, так и на их хозяйственную пригодность при решении фундаментальных и прикладных задач селекции и управляемого семеноводства.
Ключевые слова: Triticum aestivum L., пшеница, семена, качество, оптическая визуализация семян, микрофокусная рентгенография семян, электрофотография семян, анализ изображений.
N.S. Priyatkin✉, M.V. Arkhipov, P.A. Shchukina, G.V. Mirskaya,
Yu.V. Chesnokov
For quality control of seed material, there are a number of standard tests adopted by ISTA (International Seed Testing Association, Switzerland) as well as promising instrumental methods evaluating the characteristics of seed surface, structural integrity and integral electrophysical parameters. The aim of the study was to evaluate the efficiency of instrumental physical methods in detection of latent defects of ecologically heterogeneous wheat seeds of various genetic origin. Diversity and latent defectiveness of wheat seeds (Triticum aestivum L.) were evaluated using optical imaging, microfocus radiography, and electrophotography. It was found that the optical imaging method combined with automatic analysis of digital scanned images is statistically reliable to distinguish wheat seeds of different varieties and genetic lines by color characteristics of the RGB (red, green, blue) model, e.g., Hue and Saturation. Differences were also found between the seeds of the same variety and genetic line grown under field and regulated conditions. E.g., the Hue values varied from 0.081±0.0005 to 0.090±0.0006 for regulated conditions (the phytopolygon of the Agrophysical Research Institute) and from 0.084±0.0005 to 0.088±0.0005 for field conditions, the Saturation values — from 0.326±0.0005 to 0.419±0.0006 and from 0.371±0.0005 to 0.444±0.0005, respectively. With an increase in the number of cracks in the X-ray projections of wheat grains, their sowing qualities decrease. Microfocus radiography combined with automatic analysis of digital X-ray images successfully detects the damage to wheat seeds by the corn bug, and with the increase of the damage score the sowing quality of seeds in general decreases. Parameters of the digital X-ray images of seeds (Average Intensity, Shape Coefficient, and Entropy) differed between wheat varieties. The Average Intensity varied from 53.30±1.00 to 60.60±1.17, the Form coefficient from 6.67±0.35 to 8.28±0.48, and Entropy from 1.84±0.06 to 1.98±0.03. The research data indicate the effectiveness of the approaches we propose based on instrumental physical methods in the assessment of different quality and latent defectiveness of wheat seeds. Our findings make a background for the functional non-invasive diagnosis of seed quality based on the complex evaluation of external and internal anomalies and defects, significantly affecting both the biological quality of seeds and their economic suitability. This is a methodologically new tool to be used in breeding and controlled seed production.
Keywords: Triticum aestivum L., wheat, seed quality, optical imaging, microfocus X-ray imaging, electrophotography, image analysis.
ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский |
Поступила в редакцию |
