Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН"

А-ЗоШ

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

г?

с С

Работа выполнена в Московском институте радиотехники и электроники РАН

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор Березкин А. Н., кандидат сельскохозяйственных наук Демкин П. П.

Ведмдая организация — Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства

Защита диссертации состоится « /7 »

1993 г в часов на заседании специализированного

совета Д-120 35 04 в .Московской сельскохозяйственной академии имени К. А Тимирязева

Адрес: 127550. Москва И-550, Тимирязевская ул, 49 Сектор зашиты диссертаций ТСХА

Автореферат разослан «с » % 1993 г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В большой мере эффективность современного сельскохозяйственного производства определяется посевными качествами семян. : Шлевая всхожесть . семян зерновых ' культур в среднем по стране составляет ежегодно около 60%. Это значит, что 40Х высеяных ежегодно;семян не дают всходов. А каждый процент снижения . всхожести семян уменьшает урожай' зерна на 1.2-1,БХ , ' 8 настоящее время для лабораторного определения; • посевных качеств; например, всхожести, энергии прорастания, си. лы роста сухих семян используется "классический" метод проращи- • вания f впитательной среде, отобранных проб семян (ГОСТ 12038-84). Y ://■ ; ; ;' ,' ' .. ' '

.Этот метод является трудоемким и дорогостоящим, он требует предварительной подготовки проб семян и создания ряда, определенных условий при прорашивании, нарушение хотя бы одного из которых может вести к существенным ошибкам измерений, что обуславливает в свою очередь повышенную субъективность данного ме-. ТО да.' ' '"-'.v "У :"'< .'.. .', V

'Но главным недостатком метода проращивания является его .неприемлимая длительность,так как; ' например, для ' определения, всхожести зерен пшеницы требуется 7-8 суток."

Из-за • указанных недостатков, в условиях современных требований^ технологии производства, Г переработке и реализации сельскохозяйственной, продукции используемый ныне'метод :определения посевных качеств на основе проращивания семян оказываются устаревшим.' . .

. ■ ■ Всвязи :' с этим задача поиска новых быстродействующих неконтактных методов анализа качества семян приобретает на соаремен-; ном этапе особое народнохозяйственное. значение.,; : • ' _ >"' '

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЛУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. сольгнохвз акад«мми

Выяснение степени влияния различных веществ, содержащихся в семени на его всхожесть является одной из актуальных задач биофизики растений.

Пень работа Разработать на основе спектральных критериев эффективные экспресс-методы оценки всхожести семян различных культур (без предварительной обработки семян), способные улучшить прогноз полевой всхожести. Дать биофиаическое обоснование I возможных механизмов всхожести.

Научная новизна. Исследованы спектральные характеристики некоторых посевных качеств воздушно-сухих семян пшеницы, овса, ячменя и сои. Показана во£можьссть прогнозирования всхожести семян по спектрам обратногЬ рассеяния в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Предложены эффективные методы определения всхожести семян зерновых и бобовых культур. Обоснована возможная роль фитохрома на начальном этапе развития растений.

Практическая ценность. Проваленные* лабораторные испытания по. каэали, что средняя вероятному прогнозирования всхожести пред-

ложенными методами составила кц уенее 0.9. Ш справке Госсемин-

Uil

спекции СССР использование jj*4fjKx методов может быть эффективным, обеспечивая существенную эрномию зерна.

Апробация работы. Реэульта|^ диссертационной работы докладывались на совещании участнике программы СЭВ "СЕМШЙОРМАНАЛИЭ" (Ленинград, г988),а также ада ежегодной выездной школе МГУ по биологическим мембранам (Звенигород,1989).

Нусаякадиг по материалам диссертации опубликовано две работы.

Структура работы. Диссертационная работа построена по традиционному плану и включает введение, обзор литературы« методику зкперимента,результаты и их обоснование, выводы и список литературы из 43 источников, в том числе в иностранных, диссертация изложена ьа <80 страницах мапинспксногс триста и иллюстрирована 23 рисунками.

ОБЩАЯ ЖТО|В(КА МССЛЕДОВАНИЯ.

Материям 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 диффузного(рассеянного) отражения .'воздушно-сухих-семян в видимой и ближней ИК-областях.

Макроструктура зерна по своим оптическим свойствам близка к структуре сильно рекристализованного стекла .Такая структура обеспечивает сравнительно большую , глубину проникновения рассеяных фотонов - 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-областях значительно выше,чем в среднем и дальнем ИК-диапазонах длин волн. Важное значение имел и тот факт, что широко распространившее источники излучения -лампы накаливания - имеют высокую полезную отдачу излучения в этой области.' В этой'же области высокую чувствительность имеют; и фотоприемники (на основе монокристаллов Беи 51)'. .

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 и; располагались в кассе 10x10 в порядке убывания размера. Измерение спектроЕ проводи-

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 иглучения, нормировались на сгектры белой бумаги или интегрирующая сферы, снятые при тех ив условиях. Получаемые в результате такой обработки спектры является истинными спектрами семени, госкольку при нормировке устраняются спектральные аппаратные функции и аппаратурные погрешности измерений.

После проведения спектральных измерений, семена высаживались согласно ГОСТу в чашке Петри пс 10 штук, между слоями фильтровальной бумаги с постоянной подачей воды СП. Чашки с семенами помешались в термостат. Каждые сутки проводились измерения проросших семян. Измерялась длина всех ростков и корешков, данные заносились в таблицу. На четвертые сутки удалялись явно загнившие семена для предотвращения вторичного заражения остальных семян. На седьмые сутки окончательно измерялась длина всех ростков и корешков у каждого семени, вид проросших семян зарисовывался.

Оптические критерии количесгЕвнноа оценки посевных качеств семян основывались на применении методов многомерной статистики. Корреляционная связь между оптическими критериями семян и их посевными качествами устанавливалась на основе определения последних по традиционно применяемой стандартной методике.

. I л

2 . 3 4

• • . ' 1 '

й<0-Г— —С> — - -!-|- Г

БЛОК'

питания

Блок управл. .монохроматором

Принтер}

Монохроматор 8 \

-23. _ !-.()-

Блок управл. шаговым двиг.

Усилитель|

ЭВМ с АЦП !•

V 7

■ о -

Синхронный А детектор •

-. ~ Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки ; - !-источник • /излучения; . - 2,2',-гЬятяческие :• системы: : ."*• -/г-мЬдулятс?. со стабилизацией .частоты Еращэкйа;4-пассивный . ; . -сгетсфильтр;. 5-поворотное зеркало; 6-фогоприемник; 7-семя: • - подложка йэ черной резины. -

Экспериментальная установка Для определения спектральных характеристик семян использовалась установка, структурная схема которой представлена на рис.1. Принцип работы установки основан на регистрации диффуз-но-отращенного 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 галогеновзя 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-отражэк-кого 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 ВО мы 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-

Это связано с наличием микротрешин и микронеоднородностей поверхности. Кроме того, форма диаграммы направленности зависит и от-длинны волны освещающего пучка. '

Для поиска спектральных закономерностей между семенами и устранения влияния присущих семенам пространственных различий оптических характеристик был применен метод интегрирующей сферы (шар Ульбрихта).

РЕЗУЛЬТАТУ ИССЛЕДОВАНИЯ

Спектральные критерии всхожести и силы роста . ' семян на примере озимой пшеницы сорта Заря

По окончании проращивания проводилась заключительная, обработка результатов спектрального анализа.

• С.целью последующего сравнения.семян :между собой, спектры всей ■ партий;пророшеиных семян нормировались на спектр наиболее сильного семени (эталон), т. е. семени, которое при ' проращивании дало наиболее длинные корни и самый сильный росток (рис.2). . - .

; Нормированный на эталон спектры зерен выравнивались по интенсивности^ на двух- длинах, волн, отвечающих,за красную.и., синюю границы линии' поглощения ; •в районе,670 нм, и сравнивались по глубине этой линии.. Глубина линии,поглощения расчитывалась по формуле : ' ' : -' • •.' '" • * > "

''.' Ь*0.'1-1(2а1пЗ)-1(1ат1))/(1атЗ-1ат1)*(1ад12-1апй)+ '•' + 1(1ат1)-1(1ат2) , >

; »ТАЛОННЫЙ СПвКТр <ЭТ««ОМ» ММб«М1 С ИЛ ЙОГ О •>««••»»»

тюрммчи 3»ря «иоримроа»ииы* и« спектр С*<фИ I и. с. К

15до * (им]

типичны« СМИТ» ме*сяе««го сей«ми мним Э«р» ,

I Шш *д ]

где .• h - глубина линии;

'l(Xaml), I(lam2), I(lam3) - интенсивности нормирован. ного сигнала на 1-ой,2-ой,

ч

3-ей длинах волн соответс-" , . твенно;' :

• .lamí, Iam2, 1атЗ - длины волк 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 85%, Доверительные интервалы (83; 94) и (75; 91)

Исходя -из 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--дукадим образом : ' • .■•

' .,( Р > Р кр. ; -> Е - 0 (семя не всходит) .

•• '•■'.' ."л:> " г'v; (г)

( Р < Р кр..; —>. Е - 1 (семя всходит) ' " \.ss

где -.' Р кр.:'-. порог всхожести семени . -

То есть го глубине линии отражения, зная порог всхожести, можно предсказать всхожесть каждого семени. В нашем случае этот прогноз реализовывался 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 прорастает, 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 еше 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. Сравнен'/е этих спектров показало, что спектр в большой степени определяется спектров эндосперма.

На основании всего сказанного можно заключить что, семена озимой пшенгцы Заря , имеющие силу линии поглощения менее +35 отн. ед. взойдут с вероятностью С. 9, а если сила линии поглошэ-

- М-

Рис 4 График динамики прорастания сеиян пшеницы Заря Семема ранжированы по значениям потенциальности (ось абсцисс)

Ряс 5 Эталон свивки ячдоыя спектр я. с

, коршровамшй на

Зоб ?00{> I Смн!

ния превосходит эту величину, то семена нельзя считать всхожими. В результате проведенного исследования был получен эталонный 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, содержащемся 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 i,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) имеет; место пороговый эффект иной спектральной характеристики.

Анализ спектральных характеристик ■ семян ячуенв Носовский 9

■ Семена1ячменя, так же как и семена овса, имеют внешние оболочки, которые затрудняют спектральныйанализ 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.

Для исследований выбиралась проба (50 шт.) семян, без видимых механических повреждений, без видимых следов загнивания. Проба семян была однородной и равномерной. По методике описанной ранее снимались спектры обратного рассеяния.

По окончании эксперимента по проращиванию семян выбиралось семя давшее наиболее сильные ростки и наиболее развитую корневую систему. 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 спектральном диапазоне.

Попытки связать всхожесть семян со спектральными особенностями, выявляемыми методами, описанными ранее, не увенчались успехом. Преобразования вида спектральных характеристик способами, применяемыми для семян других культур, для данных семян не применимы. Эти обстоятельства обусловили привлечение специальных методов математической обработки.

Для исследования спектров семян ячменя применялись методы многомерной статистики: анализ главных компонент и метод факторных нагрузок.

Анализ главных компонент показал наличие одного фактора, определяющего спектральные закономерности оптических характеристик семян. На долю этого фактора приходится 97% всей дисперсии изучаемых спектров, при этом доли забираемой суммарной дисперсии для второго и третьего факторов составили 2Х и соответственно.

Факторные нагрузки, суть коэффициенты корреляции факторов с исходными значениями коэффициентов диффузного рассеяния семян в данном диапазоне длин волн. Нагрузка на первый фактор во Есем

-

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 диффузно-рассеянного света в данном интервале, при одних и тех >» условиях постановки эксперимента, , можно однозначно опреде- * лять значение-первого фактора. -

Эта зависимость линейная, и для выбранного нами.информатив- '. '. ного канала на 621 нм, аналитически выражается формулой: --

С - 0.11*К(621) + 0.1 , (3)- •'-.

где . С -'/величина первого фактора;.. ,;. '', --.--

! '- ' ' • • ' 1 ' - ' ' ' ' ' ■ ; " . ; ' ' К(621) - " нормированный коэффициент - -'диффузного .'■

■ -О •'.. рассеяния зерна;на длине волны 621 нм..'

Вторая факторная нагрузка; до 700 нм принимает значение не более 0.1 по модулю,, затем возрастает, достигая своего максимума в красном участке спектра, -не. превышая при этом 0. Б..- Третья;. факторная нагрузка имеет локальный .максимум в районе 670 нм - с-' максимальным значением 0.2, в остальном спектральном диапазоне,, мало отличается от нуля.: - : .. ' .''■ ''•'■-'.". ■

. . Первый фактор удалось идентифицировать,', оказалось, .что.его'., значение коррелирует с индексом всхожести с коэффициентом „кор-. реляции 1?=83% ( 72; 90), а с -длиной ростка на. седьмые сутки: пер- • вый фактор коррелирует с ( 67; 83). • - , :

.-.Таким образом, первый фактор'можно с достаточным основанием считать фактором потенциальности семени*-,; Порог-, всхожести опре- .

делается из рис.5 и составляет для интенсивности диффузно 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.

Биофиатеакие особенности определения всхожести семян по спектральный оптический характеристикам

Посевные качества семян в большой степени определяются содержанием в них цитологически активных веществ. Выявленные в процессе исследований высокие значения коэффициентов корреляции найденных оптических показателей с посевными качествами семян 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-

-КГ-

тохромных реакций". ...".■, начиная..'с самых ' ранних : этапов развития растительного организма в стадии проростка. Проростки семян различных видов растений являются наиболее распространенными объектами, исследований регуляторньигпроцессов растений через фитохромнре реакции. Фитохром обнаружение только е . проростках, но и в нелророщенных воздушно-сухих семенах,: ''

Фитохром имеет две взаимно превращаемых формы с максимумами поглощения при 660 нм (Р 660) 'и 730 нм (Г> 730). . Действие фитох-• рома на различные функции растительного организма ссновано на его обратимых фотопревращениях : под влиянием красного , излучения (Л шах-660 нм) физиологически неактивная форма фитохрома Р 660 превращается в физиологически:активную форму Р 730. И наоборот,' форма фитохрома Р 730; поглощая дальнекрасное излучение (Ту пах-730 нм) превращается в форму Р ббО.- <* . ' V / .

Излучение,, поглощенное этим регуляторным пигментом, рассматривают как фактор, действующий на степень экспрессии тех генов, 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 числе • ответственных , за морфогенез на. самом начальном этапе ."про- • Суждения", семян и развития проростка.Положительное : влияние красного и отрицательное влияние дальнего красного",излучений'на: прорастание , семян ' такте. .свидетельствуют о важной роли,

фитохрома в'этом• прессе.• \ -.. , - .■•,'■ ••' .*• • .•«

.", ., Область 630 - 770.нм - наличия, экстремумов в спектрах отражения.. изученных, семян» очевидно не случайно'совпадает, с областью поглощения излучения формами, фигсхрома. Наиболее - ярко-минимумы диффузного . отражения \ семян: большинства исследованных-,.

Рис. Б График динамики прорастания семян ячменя Носовский 0

? «й^^ТГ-"*1 'л ¿а) Форм

У« ш-ТхГ-^1 т

- -и-

культур выражены в области 660-680 нм, которая соответствует области максимального поглощения излучения формой фитохрома Р 030 см. рис.?. . • ,'.'„

В начальный период при отсутствии облучения ; дальним красным излучением (Ятах-730), фитохром находится в физиологически неактивной форме Р 660. • Это позволяет предположить, ; что минимумы диффузного отражения изученных семян а области 660-680 нм обусловлены поглощением излучения этой области содержащейся в семенах формой фитохрома Р 660. . К тому же установлено, что красный свет (когерентный и .некогерентный) влияет на качество семян пшеницы через фитохромную систему. Этот фоторецептор, ответственный 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 ПОГЛОШДТЬСЯ. '•'.;

Отсутствие полного совпадения минимума отражения излучения . поверхностью семян с максимумом поглощения излучения формой фитохрома. Р 660 можно объяснить наличием содержащихся в обо- ' лочке семян других веществ, поглощающих излучение в.этой области. Такой экранирующий или маскирующий эффект, например,был обнаружен при изучении спектра действия гибели: клеток -путем, разрушения нуклеиновых кислот (ДНК) ультрафиолетовым иадучени- " 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 семян•в:видимсй:и ближ- . ней ИК-областях"затруднена всвязи с отсутствием надежной методики выделения фитохрома. ' ;

Првинущвства предлагаемого метода

Прибор реализующий спектрально-оптический метод может достаточно простым и дешевым, имея при этом различные конструктивные воплощения. 3 качестве основных 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 вжд компактного переносимого анализатора для выборочного экспресс-анадиаа.

Используемый прибором метод; определения всхожести семян зеркбвых и бобовых культур имеет следующие основные преимущества перед существующим:

1. Оценку всхожести семян мсокшз проводить в реальном масатабе времени с целью оперативной проверки 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 даст заниженный процент всхожести. Поэтому, например, щщ »пользовании на посев свеме-убранных семян озимых культ» удостоверение о кондиционности выдается на основании показатели жизнеспособности.

2. Всхожесть семян может определяться в потоке на всей массе семян. Найденные спектрально сяяхические критерии обладают в большинстве своем инвариантность«« но отношения к объёму выборки

анализируема семян, то ест» ""васветка" может происходить по

^ • величина - _ _

некоторой площади, которая будет учитываться при калибровке прибора.

Применяемый метод определения всхожести на основе прорашц-ваниячгемян зачастую прогнозирует всхожесть десятков тысяч ки-лограм семян по нескольким скпшиш грамм. Хотя семена одной партии, одного растения, соцветии я даже плода могут отличаться по своим анатомо-морфологических, физическим, химическим, физиологическим и генетическим грианаизм (явление раанокачествен-ности) . И, конечна, они гудут отличаться по посевным качествам.

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 качественную оценку состояния семян. Даже в идеальных условиях хранения жизненность семян снижается в результате влияния сложного комплекса причин. '. Причем - . проведенные- исследования^ Л. Бар-тон(64), А. & Репин(64). показывают, что . полевая всхожесть может значительно снижаться, а лабораторная(измеряемая существующим методом-прим. автора) - оставаться при этом неизменной

; В отличии от используемой индексной характеристики - всхожести (взойдет - не взойдет) вводимое характеристика "потенци- ■ альности" является непрерывной интегральной величиной, несущей в себе информацию, например, и о силе роста будущих семян.; Через потенциальность может-; быть ' интерпретирована жизнеспособность 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 является ж деструктивны* Это позволяет с успехом использовать его, например, в пивоварении когда требуется проверить все зерно на всхожесть не разрушая его. Так как главный критерий"качества пива высокий процент всхожести всех семян, из которых^ оно будет при-, готовлено. ' ■ .".'•■ ;•-.'

Колебания полевой есхожвсти не^воаможно прогнозировать существующими методами с достаточной достоверностью. иА это необходимо ," чтобы использовать ей показатель"для корректировки нормы высева. Задача состоит в том, чтобы создавать длй высеянных" семян* благоприятные условия и: максимально приблизить "-'полевую всхожесть -' к 'лабораторной .' ; V И можно полагать;, что указанные' выше преимущества спектрально-оптического метода будут способствовать в решении этой задачи.- , - • . -

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 показана 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 культур

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 Тимченко С Л У с м а н о в С А Опреде 1ение всхожь-Сти семян отчет по НИР, ГКНТ подгруппа ТК N 10714/1025 Е

2 Тимченко С Д, Усманов С А, Свентидкий И И определение качества семян по оптическим спектральным характеристикам изд НЦБИ АН СССР, г Пушино, 1990

Объем 1 'Л п. л.

Заказ 654

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44