Введение к работе
Актуальность. В большой мере эффективность . современного сельскохозяйственного производства определяется посевными качествами семян. Полевая всхожесть семян зерновых культур в среднем по стране составляет ежегодно около 60. Это значит, что 40% высеяных ежегодно семян не дают всходов.. А каждый процент снижения всхожести семян уменьшает урожай зерна на 1. 2-І.5Х В настоящее время для лабораторного определения, посевных качеств,' например,-всхожести, энергии прорастания, силы роста сухих семян используется "классический" метод проращивания в питательной среде отобранных проб семян (ГОСТ 12038-84).
Этот метод является трудоемким и дорогостоящим, он требует
предварительной подготовки проб семян и создания ряда опреде
ленных условий при проращивании, нарушение хотя бы одного из
которых может вести к существенным ошибкам измерений, что обус
лавливает в'своп очередь повышенную субъективность данного ме
тода. .<'".''.
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 к технологии производства, переработке и реализации сельскохозяйственной продукции используемый ныне метод определения посевных качеств на. основе проращивания семян оказывается устаревшим.
Всвязи с этим задача поиска новых быстродействующих.неконтактных методов анализа качества семян приобретает на современном этапе особое народнохозяйственное значение.
Выяснение степени влияния различных веществ, содержащихся в семени на.его всхожесть является одной из актуальных задач биофизики растений.
Це-чь работа Разработать на основе спектральных критериев эффективные экспресс-методы оценки всхожести семян различных культур (без предварительной обработки семян), способные улучшить прогноз полевой всхожести. Дать биофизическое обоснование і возможных механизмов всхожести.
Научная новизна. Исследованы спектральные характеристики некоторых посевных качеств воздушно-сухих семян пшеницы, овса, ячменя и сои. .. Показана возможность прогнозирования всхожести семян по спектрам обратного 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. Проведенные лабораторные испытания . показали, что средняя вероятность прогнозирования всхожести предложенными методами составила не менее 0.9. По справке Госсемин-спекцииСССР использование данных методов может быть:эффективным, обеспечивая существенную экономию зерна.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладыва
лись на совещании участников программы СЭВ "СЕМИНФОРМАНАЛИЗ".
(Ленинград, 1988), а также: на ежегодной .выездной школе'. МГУ по
биологическим мембранам (Звенигород, 1Є89).: .',';.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано две работы.
Структура работы. Диссертационная работа построена по традиционному плану и Еключает введение, обзор.литературы, методику ; экперимента|результаты и их обоснование,- выводы и список- литературы из ^3 источников, в том числе 6 иностранных. Диссертация изложена на SO страницах машясписного текста и иллюстри-.
рована 3 рисунками. :7.г. \'";
Материал и выбор условий эксперимента
Объектом исследования являлись семена пшеницы, овса, ячменя и сои. Семена этих культур существенно различаются по их внешнему .покрытию. В качестве исходных данных при обосновании оптических критериев, оценки посевных качеств семян было целесообразно использовать спектры диффузного( рассеянного) отражения воздушно-сухих семян в видимой и ближней ИК-сбластях.
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-сбластях. Тем самым обеспечивалась возможность учета оптических свойств не. только внешней части покровной поверхности семян, но и определенной ее глубинной части.
Благоприятной особенностью использования показателя диффузного 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 распространненые источники излучения -лампы накаливания - имеют высокую полезную отдачу излучения в этой области. В этой же области высокую чувствительность имеют и фотоприемники (на основе монокристаллов Ge и Si)'.
Чтобы обеспечить возможность использования разрабатываемого метода для оценки посевных качеств в потеке 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 проводи1
.'..' ' -з- '.
лось в партиях по 10 штук, после этого снимался спектр рассеяния интегрируюсей 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 излучения,, нормировались на спектры белой бумаги или интегрирующей сферы,. снятые при тех же условиях. Получаемые в результате такой обработки спектры являются истинными спектрами семени, поскольку при нормировке устраняются спектральные аппаратные функции и аппаратурные погрешности .измерений.'
После проведения спектральных измерений, семена высажива
лись согласно ГОСТу в чашке Петри по 10 штук, между слоями
фильтровальной бумаги, с постоянной подачей-воды .С*»].' Чашки с
семенами, помещались в термостат, Каждые сутки проводились изме
рения проросших семян. Измерялась длина всех ростков и кореш
ков, данные заносились в таблицу. На четвертые сутки удалялись
явно загнившие семена для пре доте раїцения вторичного, заражения
остальных семян. На седьмые сутки окончательно, измерялась, длина
всех ростков и корешков у каждого семени, вид проросших семян
зарисовывался. ;:,
Оптические критерии количественной оценки посевных качеств семян основывались на применении методов многомерной статисти-. ки. Корреляционная связь между оптическими критериями семян и их посевными качествами'устанавливалась на основе определения последних по традиционно применяемой стандартной методике. :'-"-.".'
БЛОК J
питания і
! Блок управл. монохроматором
S Монохроматор ji \
Ї.ЩР-23- :-.()-—v
|\
Блок упрззл. j шаговым двиг. j
Принтер]—-j ЭВМ
Усилитель і С АЦП Ь
Зинхронныи детектор
. і-источник излучения; ' ;2,2',-оптические системы:
5-мЬдуллтс1 со стабилизацией ча^тэть: Ерщен::я;4-пассиБный :ї~?сфилїТр:. 5-поворотное зеркало; 6-фогоприемник; 7-СемЯ: S-подложка из 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-отраженного 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 галогеновая 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 диффузно-отражен-ного света при различной ориентации семени.и фото-приемника относительно оси светового пучка.
Для построения диаграммы направленности отраженного излучения семя помещалось на подложку из черной губчатой резины в определенном положении и освещалось сфокусированным на его поверхность монохроматическим светом, диаметр пятка на 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 ке условиях освещения семени, но приемник располагался на расстоянии в 80 мм. 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 т-' '.-'..'-: \:-:-'
Это связано с наличием микротрещин и микронеоднородностей по-зерхности. Кроме того, форма диаграммы направленности зависит и эт длинны волны освещающего пучка.
Для поиска спектральных закономерностей метэду семенами и Устранения влияния Присущих семенам пространственных различий штических характеристик был применен метод интегрирующей сферы шар Ульбрихта).
