CC BY
34
Лучевая диагностика, лучевая терапия
2!
УДК 635.11 (083.8): 631.52:633
Ф. Мусаев, Н. Н. Потрахов, Е. Н. Потрахов, В. Б. Бессонов, К. К. Жамова, М. В. Архипов, Л. П. Великанов
Применение микрофокусной рентгенографии для анализа качества семян овощных растений
Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, контроль качества семян. Keywords: microfocus X-ray, quality control of seeds.
Приведены оригинальные результаты рентгенографических исследований качества семян овощных культур. Определены на рентгенограммах и описаны некоторые, наиболее часто встречающиеся дефекты и повреждения внутренней структуры семян, влияющие на их всхожесть. Показано, что рентгенографический метод весьма перспективен для нераз-рушающего экспресс-анализа качества семян.
Введение
Важнейшей задачей растениеводства является обеспечение надлежащего контроля качества семян, что может составить основу успешного земледелия.
Существует ряд методов контроля качества семян: морфофизиологический, биохимический, люминесцентный и др. Со второй половины прошлого века для этих целей в нашей стране стала успешно применяться рентгенография [1, 2]. Однако наиболее востребованным в области растениеводства рентгенографический метод стал после разработки микрофокусных источников рентгеновского излучения и создания на их основе специализированных аппаратов для съемки семян [3], на которых могла производиться рентгенография с прямым рентгеновским увеличением, что очень важно для изучения мелких объектов, какими по большей части являются семена. Применительно к этим аппаратам была разработана и методика проведения анализа сперва в пленочном, а затем и в цифровом вариантах [4, 5]. В настоящее время для практической реализации методики разработаны и серийно выпускаются передвижные рентгенодиагностиче-ские установки семейства ПРДУ, посредством которых можно получать цифровые рентгеновские изображения семян от нескольких штук до нескольких десятков штук одновременно. Изображения анализируются с помощью специальной компьютерной программы [6]. В результате происходит автоматическая разбраковка небольших партий семян по основным дефектам, в том числе невыполненности
семени, скрытом прорастании, повреждению насекомыми и грибами, механическим повреждениям. Конструкция установки обеспечивает полную защиту оператора от рентгеновского излучения, благодаря чему установка освобождена от контроля и учета органами Роспотребнадзора.
Рентгенографический метод хорошо отработан на зерновых культурах [7]. Однако семена овощных культур такому детальному рентгенографическому анализу ранее не подвергались. Из-за зонального ведения семеноводства, особенностей семенного растения или в результате переопыления часто получают неоднородные или разнокачественные семена. В то же время большое видовое разнообразие овощных культур и широкие морфобиологические различия их семян делают необходимыми тщательные семеноведческие исследования.
Во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур совместно с сотрудниками Агрофизического НИИ РАСХН и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета были начаты исследования в данном направлении. Рентгенографическому анализу подвергались семена ряда овощных культур.
Материалы и методы исследования
Материал для исследований — разнокачественные семена шести овощных культур, принадлежащих разным семействам, чтобы обеспечить морфо-биологическое разнообразие (табл. 1).
Анализ семян проведен в соответствии с Методикой рентгенографии в земледелии и растениеводстве [8]. Энергия прорастания, лабораторная и полевая всхожесть семян определены по ГОСТ 12038—84.
Результаты исследования
Проанализированы семена салата различных образцов и репродукций и дана визуальная оценка рентгеновских изображений семян. Здоровое, непо-
биотехносфера
| № 2(38)/2015
21
Лучевая диагностика, лучевая терапия
Таблица 1 1 Исследуемые семена
№ Семейство Вид Культура
1 Астровые (Лз1егасеае) Latuca sativa Салат
2 Сельдерейные (Лр1асеае) Dautus carota Морковь столовая
3 Anethum graveolens Укроп огородный
4 Бобовые (ЕаЬасеае) Phaseolus vulgaris Фасоль овощная
5 Пасленовые (Яо1апасеае) Lycopersicon esculentum Томат
6 Маревые (СЬепоро^асеае) Beta vulgaris Свекла столовая
а)
б)
врежденное семя салата на рентгеновском снимке имеет ненарушенную оболочку, равномерно окрашенный зародыш, занимающий большую часть семени. Недоразвитый зародыш имеет серую окраску, часто характеризуется неправильной формой. Семена, поврежденные вредителями, также имеют характерные отличия.
При визуальном анализе рентгенограмм семян выявлено, что зародыш в большей степени подвержен различным дефектам (недоразвитости, повреждениям вредителями, механическим повреждениям при уборке и обмолоте). Многие из этих повреждений могут привести к потере всхожести [9, 10].
Рентгенографический анализ семян моркови и укропа показал следующее: зародыш неповрежденного (жизнеспособного) семени на рентгенограмме выглядит светлым, с рисунком, в котором просматриваются семядоли и основные эфироносные каналы в оболочке (рис. 1, а и 2, а). Неполноценные семена имеют нерегулярные темные пятна (рис. 1, б, в и 2, в), светлые вкрапления — поверхностный мусор (рис. 2, б).
При анализе рентгенограмм посевного материала моркови столовой и укропа пахучего выявлено, что в основном снижение всхожести (жизнеспособности) семян обусловлено незрелостью, невыполненностью зародыша (рис. 1, в), а также развитием патогенной микрофлоры (рис. 2, б) [11, 12].
Рентгенографический анализ внутренней структуры семян фасоли овощной обнаружил значительно большую ее детализацию. При визуальном ана-
а)
б)
в)
Рис. 1
Рентгенографические изображения семян моркови столовой: а — с выполненным зародышем; б — с поврежденным корешком; в — с невыполненным зародышем
Ч' ".ч v .
Рис. 2
а)
Рентгеновские изображения семян укропа пахучего: а — с выполненным зародышем; б — с грибным повреждением; в — с невыполненным зародышем
б)
в)
г)
д)
Рис. 3 Рентгеновские изображения семян фасоли овощной: а — нормальное, выполненное; б — семядоля высушенная, морщинистая; в, г — механические травмы, трещины; д — заселенность вредителями
лизе рентгенограмм семян фасоли различных мест репродукции наблюдались заметные различия по степени их выполненности (рис. 3, а), что объясняется различной влагообеспеченностью регионов (Москва, Ставрополь, Могилев, Термез). Чем южнее репродукция, тем семена более морщинистые, семядоли мельче и асимметричны (рис. 3, б). Внутренняя травмированность семян может быть вызвана механическими причинами, а также приобретенной в процессе формирования семян, когда в результате различных колебаний погодных условий в эндосперме или в семядолях появляются трещины (трещиноватость) (рис. 3, в, г). На снимках отчетливо видны заселенность семян вредителями, в частности фасолевой зерновкой, и степень по-врежденности, а следовательно, и вредоносности (рис. 3, д).
При исследовании внутренней структуры семян томата различных сортов из разных зон репродукции были выделены характерные признаки, которые могут служить критериями оценки их качества. Так, по нашему мнению, к ним относится критерий слитности (раздельности) деталей зародыша. Абсолютно плотная укладка деталей зародыша может быть признаком недозрелости семян, а наличие больших щелей между деталями зародыша — пересыхания, старения семян. Определены основные дефекты, ухудшающие качество семян (рис. 4).
Применение метода рентгенографии для исследования внутренней структуры семян может быть разноплановым. Были исследованы причины различий посевных качеств визуально однородных семян свеклы столовой у самоопыленных линий трех поколений инбридинга (рис. 5). Установлена основная причина, снижающая всхожесть семян, — де-
№ 2(383/2015 |
биотехносфера
Лучевая диагностика, лучевая терапия
а)
б)
в)
(фЬ
* г ж-
Рис. 4
а)
Рентгеновские изображения семян томата: а — нормальное; б — недовыполненность; в — усыхание и старение; г — частичная или полная утрата деталей зародыша
б)
в)
Рис. 5
Рентгеновские изображения плодов свеклы столовой: а — нормальный зародыш; б, в — дегенерированные зародыши
генерированность зародышей, количество которых увеличивается с каждым поколением инбридинга [13, 14].
Следует отметить, что на рис. 1-5 приведены лишь характерные дефекты и повреждения внутренней структуры семян различных овощных культур для демонстрации экспрессности и информативности метода.
Параллельно для оценки жизнеспособности образца или партии семян проводятся поштучный их рентгенографический анализ и последующее проращивание, для того чтобы установить, как влияет тот или иной признак дефектности, обнаруженный с помощью рентгена, на всхожесть и морфофизио-логические признаки проростка из данного семени.
Выводы
1. Рентгенография — эффективный метод изучения видовых особенностей внутренней структуры семян овощных культур, выявления повреждений, дефектов и аномалий их развития.
2. Рентгенография семян существенно отличается от традиционных методов экспрессностью, информативностью и неразрушающим характером.
3. Рентгенография незаменима при экспресс-анализе жизнеспособности партии семян, для инспекции, в торговых или арбитражных делах.
Литература
1. Рентгенография для выявления внутренних повреждений и их влияние на урожайные качества семян / В. Н. Савин, М. В. Архипов, А. Л. Баденко [и др.] // Вестн. с.-х. науки. 1981.№ 10. С. 99-104.
2. Портативный микрофокусный рентгеновский аппарат для диагностики семян и зерен / Л. Г. Андрущенко, М. В. Архипов, Л. Б. Грун [и др.] // Электрон. промышленность. 1983. Вып. 11 (128). С. 3134.
3. Пат. на изобр. № 2352922 РФ. Способ получения рентгенографического изображения семян растений / М. В. Архипов, А. Ю. Грязнов, Н. Н. Потрахов [и др.] 09.06.2007.
4. Архипов М. В., Потрахов Н. Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: Технолит, 2008. 194 с.
5. Пат. на полез. мод. № 85292 РФ. Устройство для рентгено-диагностических исследований зерна и семян / М. В. Архипов, А. М. Демьянчук, Н. Н. Потрахов [и др.]. 13.04.2009.
6. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ РФ № 2010610289. Программа автоматического распознавания образов семян зерновых культур и анализа качества зерна по рентгенограммам, полученным на рентгенодиагности-ческой установке ПРДУ-2 (Агротест) / Е. Н. Потрахов, А. Г. Желудков 11.01.2010.
7. Архипов М. В., Михайленко И. М. Оценка всхожести семян и товарных качеств зерна с использованием рентгеноин-троскопии // Вестн. Рос. академии с.-х. наук. 2006. № 3. С. 85-87.
8. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве / М. В. Архипов, Д. И. Алексеева, Н. Ф. Батыгин [и др.]. М.: РАСХН, 2001. 102 с.
9. Курбаков Е. Л. Эффективность новых элементов технологии выращивания салата в Нечерноземной зоне России: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 2009.
10. Применение рентгенографического метода в семеноведении овощных культур / Ф. Б. Мусаев, О. В. Курбакова, Е. Л. Курбаков [и др.] / Гавриш. 2011. № 1. С. 44-46.
11. Курбакова О. В. Повышение посевных качеств семян моркови столовой и укропа пахучего в условиях Нечерноземной зоны России: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 2010.
12. Рентгенографический анализ качества семян овощных культур / Ф. Б. Мусаев, О. А. Прозорова, М. В. Архипов [и др.] // Овощи России. 2012. № 4. С. 43-47.
13. Соколова Д. В. Создание и оценка самоплодных линий раз-дельноплодной столовой свеклы: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. СПб., 2011. 22 с.
14. Non-distractive X-ray diffraction method for stadying seed anatomy in relation to seed heterogenity / F. B. Musayev, M. V. Arkhipov, L. P. Velikanov // Procedding of the International conference „Functional plant anatomy". М.: Lomonosov Moscow State University, 2013. P. 115-121.
27
биотехносфера
| № 2(38)/20Е
