Томограф для пшеницы и гороха

Не каждый житель России может позволить себе сделать МРТ и КТ, всего, что ему советует врач или что вызывает субъективную личную озабоченность. Однако ученые из Петербургского электротехнического представили готовый рентгенографический томограф, выдающий трехмерное изображение, чтобы улучшить контроль семенного материала в сельском хозяйстве.

Зачем и как растениям делают КТ

Семеноводы поясняют, что особый интерес вызывает возможность проведения точных исследований отдельных семян, которые затем можно сравнить с их потенциалом для роста и будущей всхожестью на поле. Семена, прошедшие сканирование на этом томографе, сохраняют свою способность к прорастанию. Это особенно важно при оценке сортообразцов и гибридов из мировой коллекции Всероссийского института растениеводства и региональных сортоучастков.

Технологическая новинка может решить проблему скрытых повреждений, которые могут значительно уменьшить урожайность. Рентгеновский компьютерный томограф позволяет заметить даже минимальные структуры размером в микрометры. В ближайшее время томограф будет установлен в Никитском ботаническом саду и будет использоваться для изучения дефектов семян растений. По характеристикам данное устройство превосходит многие зарубежные аналоги. Источник рентгеновского излучения в этом томографе обеспечивает высокое разрешение и проникающую способность, позволяя сканировать объекты большего объема.

Томограф включает источник рентгеновского излучения и специальную камеру для размещения образцов. Специальное программное обеспечение разработано для визуализации и анализа данных. Технология сборки устройства основана на отечественных компонентах.

Создатели КТ для растений

Разработка этого томографа – один из проектов кафедры Электроники и приборостроения Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ». Основная цель работы кафедры – создание методов и приборов для микрофокусной рентгенографии с целью повышения качества и продуктивности растениеводства в России.

Ранее в сотрудничестве с Агрофизическим научно-исследовательским институтом были созданы передвижные рентгенографические и рентгенотомографические комплексы для диагностики семян. Также разработана методика обнаружения дефектов в семенах овощных культур. Долгосрочной целью является разработка методик выявления дефектов семенного материала для всех экономически значимых видов растений.

Группа ученых также разработала национальный стандарт ГОСТ Р59603-2021 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы цифровой рентгенографии», который вступил в силу 1 января 2022 года. Этот стандарт способствует развитию отечественной семенной базы и снижению зависимости от зарубежных поставщиков.

Традиционные методы исследования семенного материала

Для того, чтобы решить, что данная партия семян пригодна к посадке, есть несколько классических методов.

Проверка на всхожесть

Для оценки данного параметра выбирается определенное количество семян, которые затем подвергаются процессу прорастания. Таким образом, определяется лабораторная всхожесть. Результат лабораторной всхожести вычисляется на основе отношения числа нормально проросших семян к общему количеству семян в выборке. Под нормально проросшими семенами понимаются те, у которых:
 - корешок достиг длины, не меньшей чем длина самого семени;
 - росток имеет длину, составляющую не менее половины длины семени (в случае пшеницы и ржи).

Прорастание семян для оценки лабораторной всхожести проводится в термостате при температуре 20-22 °C. Процесс обычно длится 7-8 суток.

Также существует понятие полевой всхожести, которая вычисляется по числу проросших ростков относительно общего количества посеянных семян. Обычно полевая всхожесть на 5-20% ниже лабораторной.

Этот показатель определяется путем окрашивания зародышей в семенах в процессе их созревания. Часто это применяется для проверки лесного посадочного материала. Для окрашивания семян используют такие вещества, как йодистый калий, тетразол и индигокармин. Первые два вещества могут проникать только в живые клетки семян, а последний – только в мертвые клетки.

Проверка жизнеспособности

При анализе посадочного материала на жизнеспособность сначала его пропускают через процесс набухания, затем извлекают зародыши из семян и окрашивают их. Оценку соотношения живых и мертвых клеток проводят с использованием метода флуоресценции.

Показатель энергии произростания

Первоочередное требование к посадочному материалу - его соответствие стандартам ГОСТ. От качества сортов и способности семян к успешному прорастанию зависит также равномерность всходов. Энергию прорастания определяют как процент семян, которые образовали корешки и ростки в течение определенного времени. Этот процесс обычно оценивается за 3-4 дня. Для посева на поля рекомендуется использовать семена с высокой энергией прорастания. Низкий уровень этого показателя может замедлить появление всходов. Кроме того, на полевых условиях с течением времени могут изменяться температурные и влажностные параметры. Например, в результате засушливых условий многие семена могут не прорасти вовсе.

Анализ посевных показателей, а именно это влажности и массы.

В норме влажность не достигает высоких значений, её умеренный уровень - показатель качественных семян. Сухой посадочный материал демонстрирует лучшую долговечность хранения, более устойчив к повреждениям насекомыми и грибами. Соответствующим стандартам ГОСТ установлены максимальные допустимые уровни влажности для семян каждой отдельной культуры. Помимо других параметров, определяющих качество посевного материала, внимание также уделяется его размерам. Перед посевом также проводят взвешивание посадочного материала. Для дальнейшего расчета весовой нормы посева используется масса 1000 семян.

Рентгенография в семеноводстве

Начиная с момента подготовки семян к посеву и заканчивая этапом уборки, а также в процессе хранения, семена подвергаются воздействию разнообразных неблагоприятных факторов. Эти факторы включают протравливание, механические повреждения при сборе урожая и сушке, нарушение условий хранения, а также воздействие патогенных организмов и вредителей, которые могут негативно повлиять на посевные качества семян. Существующие стандартные методы тестирования, позволяющие оценить качество семян в лабораторных условиях, требуют значительных затрат времени и ресурсов. В связи с этим важной задачей становится прогнозирование всхожести семян на основе комплексной оценки перед посевом, используя быстрые методы и технологии, основанные на последних достижениях агрофизики.

Один из таких подходов - это рентгеновская фотография семян, которая находит все большее применение как в России, так и за рубежом. Всего несколько лет назад была представлена микрофокусная рентгенография семян сельскохозяйственных культур. Однако получаемые изображения были двумерными и предоставляли информацию о различных дефектах семян: несовершенстве, повреждениях зародышей, трещинах, скрытых повреждениях от насекомых, грибковых и бактериальных инфекциях, а также скрытом начале прорастания.

Технологический институт агрофизики и компания "Агрофизика" стоят за разработкой аппарата для рентгеноскопии. Появление томографа, который способен предоставить трехмерное изображение для анализа, становится важным достижением в сельском хозяйстве. Этот метод обещает стать удобным и информативным инструментом для оценки качества семян.

Источник: «АПК Эксперт»