Пшеница озимая, хлорофилл, срок сева, перезимовка растений
Усвоение растениями углекислого газа из атмосферы и образование из него воды и органического вещества под действием солнечной энергии — фотосинтез-является одной из важнейших функций листа. Органом, в котором происходит фотосинтез, является хлоропласт [1]. Изучение хлоропластов, их состава и функций, стало возможным в 20-х годах ХХ века, когда была разработана методика их выделения. Исследованиями установлено, что состав хлоропластов зависит от физиологического состояния растений, их возраста, условий питания, освещения и других факторов [2].
Известно, что функциональное состояние растений тесно связан с интенсивностью цвета их листовых пластинок. Опытный специалист по цветовым характеристикам достаточно точно оценивает физиологическое состояние растения. Современные информационные технологии способны описать цветовые характеристики каких — либо изображений на количественном уровне.
Целью нашего исследования было изучение возможности применения современного программного и технического обеспечения компьютерного парка для оценки цветного изображения листовой пластинки.
Стандартное цветное изображение состоит из отдельных точек (пикселей). Каждая точка характеризуется тремя показателями — интенсив-ностями трех цветов — красного, зеленого и синего. Интенсивность каждого показателя изменяется от 0 до 255 единиц. Таким образом, за общие показатели цветности можно взять средние значения цветов, их функции распределения, и такие характеристики, как дисперсия, асимметрия и другие.
Наиболее информативным показателем изображения является его гистограммы, т.е. функции распределения пикселей изображения по интенсивности цветовых составляющих. Гистограммы цифровых изображений имеют несколько характерных особенностей в сравнении с обычными гистограммами, используемых в стандартном статистическом анализе.
Предварительный анализ изображений гистограмм образцов листовых пластинок пшеницы показал, что для отделения изображения листа растения от фона наиболее подходящей является гистограмма для синей компоненты цвета общего изображения, а за метод сегментации следует выбрать методы модифицированного дисперсионного анализа, в частности метод N. Otsu [4].
Изучение зависимости содержания хлорофилла от количественных параметров цветных характеристик листьев указывает на существенную нелинейность такой связи (рис 1).
Рис. 1 — Зависимость общего содержания хлорофилла от интенсивности зеленого цвета (среднее за 2007-2009 гг)
Использование методов нелинейного регрессионного анализа позволило выявить, что для описания такой зависимости наиболее подходящими являются экспоненциально и степенные уравнения.
Благодаря анализу результатов этих исследований в 2007-2009 гг лабораторией селекции и физиологии озимой пшеницы Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН совместно с кафедрой экономической кибернетики Национального аграрного университета им. В. В. Докучаева разработана и запатентованная полезная модель «Способ определения содержания хлорофилла в листьях озимой пшеницы» [5].
В основу полезной модели поставлена ??задача обеспечения селекционного процесса, диагностики состояния растений, физиологических исследований объективными данными по содержанию фотосинтетических пигментов — хлорофиллов-в листьях путем сканирования исследуемого объекта (листа) на планшетном сканере. При этом повышается достоверность оценок, их доступность для широкого круга специалистов и снижается стоимость исследований.
Принцип действия предложенной полезной модели осуществляется с помощью специально созданного программного обеспечения.
В таблице 1 приведены содержание фотосинтетически активных пигментов в флагового листа пшеницы озимой сорта Василиса в фазу формирования зерновки. Интервал в сроках сева составлял 10 дней, до наступления фазы колошения разница в вариантах первого и второго сроков знивелювалась и составляла 2 дня с наступлением этой фазы на участках третьего и четвертого сроков. Однако, насыщенность листьев фотосинтетически активными пигментами большей степени связана со сроками сева, чем со временем колошения растений. По сева 20 сентября содержание хлорофилла в листьях был больше на 50,9% по сравнению с растениями на варианте посева 10 сентября, а на варианте 10 октября — на 95,8%. Таким образом, у растений поздних сроков сева в период формирования зерновки флажки листья содержат больше фотосинтетически активных пигментов, а следовательно более продуктивно синтезируют органические вещества. Очевидно, благодаря этому урожайность зерна по сева в допустимо поздние сроки, хотя и уменьшается по сравнению с оптимальными (3,14 т / га против 3,49 т / га), однако в какой-то мере компенсируется длительным периодом функционирования листьев.
Таблица 1
Содержание фотосинтетически активных пигментов в листьях озимой пшеницы в зависимости от срока сева, 2010 г.
Исследование содержания фотосинтетически активных пигментов в листьях озимой пшеницы при отрастания в монолитах свидетельствует об их зависимости от жизнеспособности растений (табл.2). Растения из вариантов, в которых высочайший процент живых побегов (92-95), содержат больше хлорофилла в листьях, отросшие (в пределах 0,138 — 0,165 мг / см2). Соответственно в листьях растений с наименьшим выживанием (45%) уровень пигментов низкий (0,079 мг / см2). Корреляционный анализ этих данных свидетельствует о достаточно тесной связи — коэффициент корреляции составляет 0,77. Несколько слабее, но также положительная корреляция наблюдается и между интенсивностью отрастания новых листьев и содержанием в них хлорофилла, коэффициент корреляции здесь составляет 0,64.
Таблица 2
Общее содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы в зависимости от состояния растений при отрастания в монолитах, 2011 г.
Выводы. Разработана методика определения содержания хлорофилла в листьях озимой пшеницы с использованием компьютерного оборудования, защищена патентом Украины, позволяет получать достаточно точные спектральные характеристики листьев, поэтому может использоваться в селекции для достоверного отбора растений с высоким уровнем фотосинтетически активных пигментов, в растениеводстве для диагностики состояния растений, поскольку установлена ??достаточно тесная положительная корреляция между жизнеспособностью растений и содержанием фотосинтетически активных пигментов в листьях.
Преимуществом данной методики является возможность создания картотеки изображений, с проведением их анализа в любое удобное время.
Предложена методика для своей реализации требует лишь наличия стандартного компьютерного оборудования, что позволяет ее использование с высокой экономической эффективностью в научно-исследовательских, учебных и производственных учреждениях
Предохранительный механизм для экстремальных условий Teres 200 V оснащен срезными болтами со срезным усилием 4,4…
В пригороде Луцка, в селе Рованцы, открыли новый офис ООО «Тайтен Машинери Украина». Это уже…
В современном агробизнесе каждая деталь важна, особенно когда речь идет о качественных семян. Именно поэтому…
ТАС Агро продемонстрировало статус технологического лидера 2024 года, выбирая инновационные решения BEDNAR для эффективного и…
Первый Украинский международный банк (ПУМБ) предоставил одному из крупнейших операторов зернового рынка Украины компании «НИБУЛОНА»…
На этой неделе завод BEDNAR FMT в Чехии стал центром встречи официальных дилеров из Украины…