Неинвазивная экспресс-оценка разнокачественности и хозяйственной пригодности семенного материала на основе использования инструментальных физических методов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Прияткин Николай Сергеевич

• Прияткин Николай Сергеевич
• доктор наук
• 2024

Оглавление диссертации доктор наук Прияткин Николай Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Разнокачественность семян и их биологическая неоднородность

1.1.1. Понятие о разнокачественности и неоднородности семян

1.1.2. Категории разнокачественности семян

1.2. Стандартные методы оценки качества семенного материала

1.2.1. Понятие о качестве семенного материала

1.2.2. Всхожесть семян

1.2.3. Жизнеспособность семян

1.2.4. Масса 1000 семян

1.2.5. Сила роста семян

1.2.6. Прочие стандартные методы оценки качества семян

1.3. Аналитический обзор инструментальных физических методов оценки качества семенного материала

1.3.1. Классификация инструментальных физических методов оценки качества семенного материала

1.3.2. Микрофокусная рентгенография

1.3.3. Метод компьютерной микротомографии

1.3.4. Магнитно-резонансная томография

1.3.5. Оптическая визуализация - цифровое сканирование,

цифровая фотография

1.3.6. Инфракрасная микроскопия

1.3.7. Метод флуоресценции хлорофилла

1.3.8. Люминесцентный метод регистрации фосфоресценции

1.3.9. Лазерная фотометрия

1.3.10. Инфракрасная (ИК) спектроскопия

1.3.11. Термография семян

1.3.12. Мульти- и гиперспектральная визуализация

1.3.13. Терагерцовая визуализация семян

1.3.14. Электрофотография (газоразрядная визуализация) семян

1.4. Факторы, влияющие на качество семенного материала

1.4.1. Качество исходных семян

1.4.2. Роль сорта в получении урожая

1.4.3. Влияние условий выращивания растений на качество семян

1.4.4. Влияние патогенной микрофлоры на качество семян

1.4.5. Влияние насекомых на качество семян

1.4.6. Влияние минерального питания растений на качество семян

1.4.7. Влияние агротехнологий на качество семян 75 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Материалы исследований

2.1.1. Зерновые культуры

2.1.2. Овощные культуры

2.1.3. Декоративные культуры

2.1.4. Плодовые культуры

2.1.5. Орехоплодные культуры

2.1.6. Древесные лесные породы

2.2. Методы исследований

2.2.1. Цифровое сканирование в сочетании с автоматическим

анализом изображений семян

2.2.2. Микрофокусная рентгенография семян в сочетании с визуальным и автоматическим анализом цифровых рентгеновских изображений

2.2.3. Газоразрядная визуализация (электрофотография) семян

2.2.4. Оценка посевных качеств семян

2.2.5. Статистическая обработка данных 88 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Изучение разнокачественности семян на основе методики цифрового сканирования и цифровой фотографии в сочетании с автоматическим

анализом изображений семян

3.1.1. Усовершенствование методики цифрового сканирования в сочетании с автоматическим анализом изображений семян

3.1.2. Изучение разнокачественности семян зерновых культур

3.1.2.1. Изучение морфометрических и оптических характеристик семян яровой мягкой пшеницы (ТгШеиш aestivum Ь), полученных в разных агроэкологических

условиях

3.1.2.2. Изучение оптических характеристик семян сахарной кукурузы (Zea mays L), пораженных бактериозом с сопряженной оценкой посевных качеств

3.1.3. Изучение разнокачественности семян овощных культур

3.1.3.1. Изучение экологической разнокачественности семян фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.), с использованием программных средств анализа цифровых изображений

3.1.3.2. Изучение матрикальной разнокачественности семян укропа пахучего (Anethum graveolens L.) и пастернака посевного (Pastinaca sativa L.)

3.1.3.3. Изучение генетической и экологической разнокачественности семян капустных культур методом анализа цифровых сканированных изображений с сопряженной оценкой посевных качеств

3.1.4. Изучение генетической, матрикальной и экологической разнокачественности семян декоративных культур на примере многолетних луков

3.2. Изучение неоднородности и скрытой дефектности семян на основе методики микрофокусной рентгенографии

3.2.1. Усовершенствование методики микрофокусной рентгенографии семян в сочетании с визуальным и автоматическим анализом цифровых рентгеновских изображений

3.2.2. Изучение неоднородности и скрытой дефектности семян зерновых культур

3.2.2.1. Изучение морфометрических и рентгеновских характеристик семян пшеницы Triticum aestivum L., полученных в разных агроэкологических условиях

3.2.2.2. Автоматический анализ и классификация цифровых рентгеновских изображений семян пшеницы, поврежденных клопом - вредная черепашка, с сопряженной оценкой их посевных качеств

3.2.2.3. Анализ трещиноватости семян пшеницы с сопряженной оценкой их посевных качеств

3.2.2.4. Изучение связи морфометрических показателей и скрытой дефектности семян пшеницы с их посевными качествами

3.2.2.5. Изучение рентгенографических характеристик семян сахарной кукурузы, пораженных бактериозом с сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.3. Изучение скрытой дефектности семян овощных культур

3.2.3.1. Изучение скрытой дефектности семян капустных культур (Brassica spp.), с сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.3.2. Изучение скрытой дефектности семян шпината огородного (Spinacia oleracea L.) с сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.4. Изучение скрытой дефектности семян плодовых и орехоплодных культур

3.2.4.1. Формирование «параметрического паспорта» индивидуальных семян яблони домашней (Malus domestica Borkh.) на основе визуального и автоматического дифференцированного рентгенографического анализа отдельных структур и органов семени

3.2.4.2. Интегральная оценка параметров цифровых рентгеновских изображений плодов миндаля обыкновенного (Amygdalus communis L.) для контроля качества семенного материала

3.2.5. Изучение скрытой дефектности семян древесных лесных

пород

3.2.5.1. Исследование качества семян ели европейской (Picea abies (L.) H.Karst.) методом микрофокусной рентгенографии с сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.5.2. Исследование полнозернистости семян плосковеточника восточного (Platycladus orientalis (L.) Franco) и туи сычуанской (Thuja sutchuenensis Franch.) методом микрофокусной рентгенографии с сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.5.3. Исследование качества семян кедрового стланика Pinus pumila (Pall.) Regel методом микрофокусной рентгенографии в сочетании с дифференцированным анализом цифровых рентгеновских изображений и сопряженной оценкой посевных качеств

3.2.5.4. Исследование качества семян эвкоммии вязолистной (Eucommia ulmoides Oliv.) методом микрофокусной рентгенографии в сочетании с дифференцированным анализом цифровых рентгеновских изображений и сопряженной оценкой посевных качеств

3.3. Изучение скрытой дефектности семян на основе методики электрографии (газоразрядной визуализации)

3.3.1. Усовершенствование методики электрофотографии (газоразрядной визуализации) семян в сочетании с автоматическим анализом цифровых газоразрядных изображений

3.3.2. Изучение скрытой дефектности семян зерновых культур на основе методики электрографии (газоразрядной визуализации)

3.3.2.1. Автоматический анализ и классификация цифровых газоразрядных изображений семян пшеницы, поврежденных клопом - вредная черепашка, с сопряженной оценкой их посевных качеств

3.3.2.2. Изучение газоразрядных характеристик семян сахарной кукурузы (Zea mays L), пораженных бактериозом

с сопряженной оценкой посевных качеств

3.3.3. Изучение скрытой дефектности семян древесных лесных пород на основе методики электрографии (газоразрядной визуализации)

3.3.3.1. Выявление скрытой дефектности семян ели обыкновенной (Picea abies L.) с использованием метода электрофотографии

3.3.3.2. Выявление скрытой дефектности семян сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica DuTour) с использованием метода электрофотографии

3.3.3.3. Исследование газоразрядных характеристик семян дуба черешчатого

(Quercus ^Ьш Ь.) для оценки их посевных качеств

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Оптические методы исследования

4.2. Рентгеновский метод исследования

4.3. Метод электрофотографии

4.4. Методология исследования разнокачественности и скрытой дефектности семян на основе «каскада» инструментальных физических методов

4.5. Сравнительные характеристики использованных инструментальных физических методов исследования качества семян

4.6. Понятие «параметрический паспорт» семени

4.7. Физические принципы и методические основы использованных инструментальных методов

4.7.1. Физические принципы и методические основы цифрового сканирования семян

4.7.2. Физические принципы и методические основы микрофокусной рентгенографии

4.7.3. Физические принципы и методические основы метода электрофотографии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Неинвазивная экспресс-оценка разнокачественности и хозяйственной пригодности семенного материала на основе использования инструментальных физических методов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важнейшим условием повышения эффективности растениеводства и увеличения производства продукции является хорошо развитая система семеноводства и качество высеваемых семян (Малько, Андросова, 2020).

Сорт проявляет свои возможности при посеве высококачественными семенами, получение которых может обеспечить только хорошо организованное семеноводство. Для получения высоких эффектов в селекции также необходимо наличие высококачественного исходного материала (Жученко, 1990). Необходимость наличия качественных семян предполагается также и при закладке их в коллекционные фонды на длительное хранение (Филипенко, 1991).

А.А. Жученко (1990), отмечая роль «онтогенетической памяти», указывал, что даже высокоурожайные посевы зерновых культур могут давать весьма посредственные и даже плохие семена. Важную роль в формировании качества семян играют биотические и абиотические факторы (Сечняк, 1981; Макрушин и др., 2012, 2018). В результате их воздействия формируется разнокачественность семян различного по своему типу и происхождению. Будучи в определенной степени эволюционно необходимой для сохранения вида, с хозяйственной точки зрения, она является отрицательной (Сечняк, 1981; Войтенко, 1991; Бухаров, 2020). Существенную роль в снижении посевных качеств семян играет наличие в них внутренних, невидимых невооруженным глазом, повреждений.

Качество посевного материала является серьезной проблемой не только в производстве пищевого зерна, но и в овощеводстве. Особенностью семян овощных культур является их большое морфобиологическое разнообразие. Неравномерность роста сеянцев, разная продуктивность растений и неоднородность продукции по качеству во многом определяются низким качеством семян (Лудилов, 2005).

В связи с этим необходима разработка комплексной системы оценки качества и продукционного потенциала семенного материала, которая позволила бы достоверно и надежно проводить раннюю и быструю оценку и отбор высококачественных семян, а также на основе

полученных протоколов анализа семян провести оперативную корректировку применяемых агротехнологий для оптимизации состояния посевов сельскохозяйственных культур.

Степень разработанности темы. Существующая на сегодня комплексная система оценки качества семенного материала включает в себя как традиционную оценку их качества, которая проводится согласно стандартным методам - проращивания в лабораторных условиях (ГОСТ 12038-84), определения массы 1000 семян (ГОСТ 12042-80), определения жизнеспособности семян биохимическим методом (ГОСТ 12039-82), так и оценку методами определения зараженности болезнями (ГОСТ 12044-93), включая заселенность вредителями (ГОСТ 12045-97). ГОСТ 28666.1-90 (ИСО 6639/1-86); ГОСТ 28666.3-90 (ИСО 6639/3-86) ГОСТ 28666.4-90 (ИСО 6639/4-87).

Однако, традиционные методы контроля качества семян довольно трудоемки и длительны по времени. Кроме того, анализируемые образцы семян при этом, как правило, разрушаются или утилизируются в процессе оценки.

Современная инструментальная база предлагает линейку неинвазивных методов исследования семенного материала таких как: интроскопические - микрофокусная рентгенография (Савин и др., 1981; Архипов, Потрахов, 2008; Rego et al., 2023 и др.), компьютерная микротомография (Del Nobile et al., 2015; Gomes-Junior et al., 2019; Kunishima et al., 2020 и др.), магнитно-резонансная томография (Pietrzak et al., 2002; Ishida et al., 2004; Tuomainen et al., 2022 и др.); оптические - цифровое сканирование и цифровая фотография (Штейнберг и др., 2018; Afonnikov et al., 2022; Huang et al., 2022 и др.), метод оценки по флуоресценции хлорофилла (Jalink et al., 1998; Kenanoglu et al., 2013; Xu et al., 2021 и др.) и по фосфоресценции (Веселова и др., 1995; Беляков, 2020), ИК-микроскопия (Капусткина, Фролов, 2022) и спектрофотометрия (Казаченко и др., 2019; Ibrahim et al., 2018; Radenovic et al., 2022 и др.), мульти- (Olesen et al., 2015; Mortensen et al., 2021; Fran9a-Silva et al., 2022 и др.) и гиперспектральная (Singh et al, 2007; Suchowilska et al., 2012; Feng et al., 2019 и др.) визуализация, а также электрофизические - газоразрядная визуализация (ГРВ или электрофотография) (Cater, Batic,1998; Zanco, 2016). Все эти методы, каждый в отдельности, нашли свое применение в неинвазивной оценке качества семян. Однако, вопрос сопряженных

исследований качества семенного материала несколькими инструментальными методами, до сих пор, не изучен.

Целью исследования являлась разработка методик комплексной неинвазивной экспресс-оценки качества семян сельскохозяйственных культур и древесных лесных пород на основе использования набора инструментальных физических методов для совершенствования агротехнологий в системе адаптивного растениеводства.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Осуществить практическую оценку экспериментально-научных и практических основ методологии комплексной неинвазивной экспресс-оценки разнокачественности и скрытой дефектности семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений с использованием набора инструментальных физических методов (цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии, электрофотографии), для оперативной проверки хозяйственной пригодности семенного материала.

2. Усовершенствовать технические и программные элементы методик цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии и электрофотографии.

3. Выявить и оценить количественно генетическую, матрикальную и экологическую разнокачественность семян исследованных сельскохозяйственных культур, на основе усовершенствованной методики цифрового сканирования, в сочетании с компьютерным анализом изображений.

4. Оценить количественно скрытую дефектность семян исследованных сельскохозяйственных культур и древесных лесных пород, на основе усовершенствованной методики микрофокусной рентгенографии, в сочетании с визуальным и компьютерным анализом цифровых рентгеновских изображений.

5. Оценить количественно невыполненность семян древесных лесных пород и провести первичный скрининг скрытых дефектов биогенного происхождения семян зерновых культур, с использованием усовершенствованной методики электрофотографии, и последующим компьютерным анализом цифровых газоразрядных изображений.

6. Изучить взаимосвязи характеристик разнокачественности и скрытой дефектности семян, полученных с использованием инструментальных физических методов, с посевными

качествами (энергия прорастания, всхожесть) семян, а также с дополнительными ростовыми показателями (длина корня и ростка).

7. На основе сопряженных неинвазивных комплексных исследований получить новые знания о структурных внешних и внутренних характеристиках формообразующих структур, описывающие скрытую неоднородность семян зерновых, овощных, декоративных, плодовых, орехоплодных культур, а также семян древесных лесных пород.

8. На основе полученного практического материала предложить концепцию «параметрического паспорта» семени, включающего, дополнительно к информации о генетическом паспорте сорта, морфометрические, рентгеновские, электрофизические и морфофизиологические показатели индивидуальных семян и партий семенного материала.

Научная новизна. Впервые разработаны и предложены научно-практические основы методологии комплексной неинвазивной экспресс-оценки разнокачественности и скрытой дефектности семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений с использованием набора инструментальных физических методов (цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии, электрофотографии).

Получены новые фундаментальные знания о структурных внешних и внутренних характеристиках формообразующих структур, описывающие скрытую неоднородность семян зерновых, овощных, декоративных, плодовых, орехоплодных культур, а также семян древесных лесных пород.

Впервые предложен способ дифференцированного анализа цифровых рентгеновских изображений семян плодовых культур (яблоня домашняя Malus domestica Borkh.), а также семян древесных лесных пород (сосна кедровая сибирская Pinus sibirica DuTour, кедровый стланик Pinus pumila (Pall.) Regel, эвкоммия вязолистная Eucommia ulmoides Oliv.), позволяющий оценить пространственные и яркостные параметры отдельных структур и органов семени.

Установлена взаимосвязь показателей скрытой дефектности и яркостных параметров цифровых рентгеновских изображений семян зерновых (яровая мягкая пшеница Triticam astivum L., сахарная кукуруза Zea mays L), капустные культуры Brassica spp., шпинат огородный Spinacia oleracea L), древесные лесные породы) с посевными качествами и

дополнительными ростовыми показателями семян, что позволяет использовать этот подход как для рентгенографических экспресс-экспертиз оценки качества партий семенного материала перед посевом, так и для разработки алгоритмов отбора наиболее биологически полноценных семян с целью прецизионных экспериментов и создания промышленных образцов автоматических сортировщиков семян.

На основе использования триады неинвазивных инструментальных физических методов оценки разнообразного семенного материала различных сельскохозяйственных и древесных лесных культур, в дополнение к фенотитическим, физиолого-биохимическим и молекулярно-генетическим характеристикам семени, а также его морфологическим показателям предложен «параметрический паспорт» семени.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы заключается получении новой фундаментально-научной информации о разнокачественности и скрытой внутренней дефектности покоящихся семян и в разработке алгоритмов сбора такой информации.

Установлены взаимосвязи посевных качеств и дополнительных ростовых показателей семян исследованных видов сельскохозяйственных и древесных лесных растений с характеристиками их скрытой неоднородности и дефектности.

Практическая значимость работы заключается в усовершенствовании неинвазивных инструментальных методик экспресс-оценки разнокачественности и скрытой дефектности семенного материала сельскохозяйственных культур и древесных лесных пород. Разработанные методики и подходы могут быть использованы в селекционных целях, в практике промышленного семеноводства и контрольно-семенном деле. Научно-методические основы и разработанные методологии оценки неоднородности семенного материала могут послужить основополагающей научно-практической базой для создания различных типов (оптических, рентгеновских, газоразрядных) промышленных сортировщиков семян.

В ФГБНУ АФИ, при участии автора, разработан действующий национальный стандарт ГОСТ Р 59603-2021 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы цифровой рентгенографии».

Методология и методы исследований. Методология научного исследования была построена на комплексном сочетании лабораторных методик оценки разнокачественности и скрытой дефектности, а также посевных качеств семенного материала, полученного в условиях естественного произрастания растений, мелкоделяночных полевых опытов и производственных посевов. Выбранная методология позволила использовать преимущества примененных методов исследования. Статистическую обработку полученных результатов проводили по Б. А. Доспехову (1985). Зависимости между изучаемыми показателями определялись с использованием пакета статистических программ «Statistica 10» (Stat-Soft Inc., USA). Проверку гипотез о статистической значимости корреляционных связей проводили с использованием критерия Стьюдента при уровне значимости р<0,05.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная комплексная неинвазивная экспресс-оценка семенного материала является научно-методической основой для выявления разнокачественности семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений в системе адаптивного растениеводства.

2. Усовершенствованные и адаптированные технические и программные элементы методик цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии и электрофотографии, примененные в совокупности, позволяют количественно оценить разнокачественность и скрытую дефектность исследованных видов семян сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений.

3. Количественные характеристики разнокачественности и скрытой дефектности семян, полученные с использованием инструментальных физических методов, и посевные качества (энергия прорастания, всхожесть) семян, а также дополнительные ростовые показатели (длина корня и ростка) взаимосвязаны между собой.

4. С целью описания совокупности признаков (морфометрических, рентгеновских, электрофизических и морфофизиологических) и характеристики биологической полноценности и хозяйственной пригодности семян для посева может быть предложен «Параметрический паспорт» семени.

Степень достоверности и апробация работы. Необходимый в научных исследованиях уровень достоверности обеспечивался строгим соблюдением методических принципов и требований к проведению лабораторных опытов, а также инструментальных измерений и статистической обработки данных. Степень достоверности подтверждена использованием различных методов для оценки разнокачественности, которые не только дали сходные результаты, но и позволили выявить ее причины.

Апробация результатов работы. Результаты исследований были доложены и представлены на более чем 40 научных российских и зарубежных научных форумах, включая международные, в том числе: Международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяйстве» (ФБУ СПбНИИЛХ, 2013, 2016), Международной научно-практической конференции «II Лужские научные чтения: Современное научное знание: теория и практика» (ГАОУ ВО ЛО ЛГУ им. А.С. Пушкина, г. Санкт-Петербург, 2014), VII Международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (г. Санкт-Петербург, 2015), Всероссийской научной конференции с международным участием «Агроэкосистемы в естественных и регулируемых условиях: от теоретической модели к практике прецизионного управления» (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург, 2016), Научной конференции с международным участием «Неделя науки СПбПУ» (ФГАОУ ВО СПбПУ, Санкт-Петербург, 2016, 2017, 2019), Научной конференции с международным участием и школы молодых ученых "Годичное собрание общества физиологов растений России (г. Санкт-Петербург, 2016, г. Иркутск, 2018), Международных конгрессах КТА (г. Таллинн, Эстония, 2016; г. Хайдарабад, Индия, 2019), Международной научной конференции, «Тенденции развития агрофизики: от актуальных проблем земледелия и растениеводства к технологиям будущего» (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург, 2017, 2019, 2021), Второй российской конференции с международным участием "Физика - наукам о жизни" (ФТИ им. А.Ф, Иоффе, г. Санкт-Петербург,2017), 70-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава (ФГАОУ ВО СПбГЭТУ «ЛЭТИ», г. Санкт-Петербург, 2017), Международного конгресса "Повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутренних и внешних рынках (для обсуждения и выработки решений)", в рамках международной агропромышленной выставки-ярмарки

"Агрорусь-2017" (г. Санкт-Петербург, 2017), Всероссийской научно-практической конференции "Современные методы, средства и нормативы в области оценки качества зерна и зернопродуктов" (Кубанский филиал ФГБНУ «ВНИИЗ», г. Анапа, 2017, 2018, 2019), Международной научно-практической конференции молодых учёных «Роль молодых ученых в решении актуальных задач АПК» (ФГБОУ ВО СПбГАУ, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, 2017, 2018), Международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения» (ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2017, 2020), 8-й Международной научно-практической конференции "Тритикале и стабилизация производства зерна, кормов и продуктов их переработки" (ФГБНУ "Федеральный Ростовский аграрный научный центр", г. Ростов-на-Дону, 2018), Второй всероссийской научной конференции с международным участием «Применение средств дистанционного зондирования земли в сельском хозяйстве» (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург, 2018), Международной научной конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки» (ФГБУН НИИСХ Крыма, г. Ялта, 2018, 2019), Международной научно-практической конференции "Современные технологии и средства защиты растений - платформа для инновационного освоения в АПК России" (г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, 2018), Международной научной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений" (г. Минск, Республика Беларусь, 2018), International Conference on X-Ray, Electrovacuum and Biomedical Technique (г. Санкт-Петербург, 2018, 2020), IX Международной научно-технической конференции «Леса России» (ФГБОУ ВО СПбЛТУ им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург, 2019), Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию заслуженного деятеля Республики Казахстан Досмухамбетова Темирхана Мынайдаровича. «Наука, производство, бизнес: современное состояние и пути инновационного развития аграрного сектора на примере агрохолдинга «Байсерке-Агро» (г. Алматы, Республика Казахстан, 2019), Всероссийской научной конференции с международным участием «Вклад агрофизики в решение фундаментальных задач сельскохозяйственной науки» (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург, 2020), Международной научной конференции «Агрофизический институт: 90 лет на службе земледелия и растениеводства» (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург, 2022), Ежегодной международной научно-практической конференции «Технологии. Метрология.

Стандартизация», (г. Санкт-Петербург, 2022), VII Жученковских чтениях «Биологические основы защиты растений» (Федеральный научный центр биологической защиты растений, г. Краснодар, 2022), VIII Международной научно-практической конференции «Методы и технологии в селекции растений и растениеводстве», (Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, г. Киров, 2022).

Организация исследования и личный вклад автора. Исследования выполнены на базе сектора биофизики растений лаборатории экологической физиологии и биофизики растений отдела светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Агрофизический научно-исследовательский институт».

Автор принимал личное участие в организации, разработке методических программ исследований, проведении лабораторных экспериментов и оценке исследуемого материала в период с 2012 - 2023 гг. в качестве руководителя и ответственного исполнителя. Доля личного участия в получении и обработке результатов исследований составляет не менее 85%.

Публикации. По содержанию диссертации опубликовано 46 печатных работ, из которых 21 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, в том числе 12 статей в базе цитирования Web of Science и Scopus, 2 методических пособия.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, заключения и практических рекомендаций, изложена на 253 страницах, включает 61 рисунок и 22 таблицы. Список использованной литературы включает 403 наименования, в том числе 121 на иностранном языке.

Благодарности. Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение с Минобрнауки России № 075-15-2020-805 от 02 октября 2020 года).

Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору биологических наук, член-корреспонденту РАН, Чеснокову Ю.В., доктору биологических наук, профессору Архипову М.В., кандидату биологических наук Гусаковой Л.П., кандидату биологических наук Великанову Л.П., кандидату биологических наук Пановой Г.Г. (ФГБНУ АФИ), доктору технических наук, профессору Потрахову Н.Н. (ФГАОУ ВО СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), доктору

сельскохозяйственных наук Мусаеву Ф.Б.О., а также ряду других научных сотрудников, коллег и соавторов за помощь и поддержку.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Разнокачественность семян и их биологическая неоднородность

1.1.1. Понятие о разнокачественности и неоднородности семян

Разнокачественность является неотъемлемым свойством любого растительного организма и в частности, семян. Явление разнокачественности семян является одной из важнейших проблем семеноведения, семеноводства и репродуктивной биологии (Бухаров, 2020). Будучи полезной с точки зрения эволюции для выживания и сохранения вида, обеспечивая тем самым надежность и устойчивость популяции (Батыгин, 1986, МаШ1а й а1. 2005), она является нежелательной с хозяйственной точки зрения, т.к. вызывает разновременность развития и созревания растений, что приводит к трудностям при уходе и уборке урожая, осложняет доработку, сортировку семян и получение однородной товарной продукции (Бухаров, 2020).

Термин «разнокачественность семян» является общепризнанным в сельскохозяйственной практике и широко используется отечественными классиками семеноведения и семеноводства (Строна, 1964; Диндорого, 1970; Кизилова, 1974; Ижик, 1976; Овчаров, 1976; Сечняк и др., 1983; Гриценко, Калошина, 1984; Гуляев, 1987; Яркова, Федорова, 2016). В целом, разнокачественность семян определяется, как различие семян в одной популяции, партии, с одного растения, соцветия и плода по своим генетическим, анатомическим, морфологическим, биохимическим и физиологическим признакам (Ижик, 1976; Гриценко, Калошина, 1984). Может иметь явный и скрытый характер выраженности. Внешне это проявляется в разнообразии размеров, массы, формы и степени выполненности. Скрытая изменчивость проявляется незаметной внешне у пленчатых семян степенью выполненности, а также аномалиями развития и различными повреждениями. Отмечается, что семена могут различаться также по цвету, по степени покоя и стойкости при хранении (МаШ1а й а1. 2005).

В дальнейшем это проявляется в разнообразии проявления физиологических и молекулярных свойств, связанных с прорастанием семян, и в целом, посевных качеств и урожайных свойств (Сечняк и др., 1983). В одном из последних обзоров по

разнокачественности семян (Бухаров, 2020) указывается, что существуют некоторые разночтения по поводу этой терминологии. Так, авторы используются такие термины, как гетерогенность и неоднородность. Например, Г.В. Гуляев и В.В. Малько (1975) считают, что для генотипических признаков следует использовать термин «гетерогенность», а термин « разнокачественность» семян больше подходит для модификационных различий. Р. Е. Левина (1981) на примере древесных культур вместо термина «разнокачественность» семян предлагает использовать термин «неоднородность», обосновывая это тем, что различия семян охватывают не только качественные, но и количественные признаки. И.А. Прохоров (1995), предложил использовать термин «разнокачественность» только для неоднородности семян, связанной с генотипом. Согласно ГОСТ 20290-74 Семена сельскохозяйственных культур. Определение посевных качеств семян. Термины и определения, с. 6, неоднородность семян - это невыравненность семян по одному или нескольким показателям посевных качеств.

Термин «разнокачественность» семян является более емким, выразительным и широким понятием, общепризнан классиками отечественного семеноведения и довольно грамотно сформулирован в выше приведенном определении (Ижик, 1976; Гриценко, Калошина, 1984). При обсуждении этого вопроса в литературе также употребляются такие термины, как гетерокарпия и гетероспермия, которые являются в большей степени ботаническими. Их смысл отражен в словаре биологических терминов Коровкина О. А. 2007 года. Так, гетерокарпия - это образование на одном растении плодов различной формы и величины. Гетероспермия, разносемянность - неоднородность семян по форме и размеру в пределах одного плода, одного растения, например, у мари белой (Chenopodium album). Рассмотрим гетероспермию на примере семян рододендронов. Семена в зрелых плодах можно разделить на 3 фракции. Зрелые семена различаются по форме, размерам, внутреннему строению и жизнеспособности. Крупные семена часто содержат зародыш и эндосперм, обычно в дальнейшем они прорастают. В семенах средней фракции эндосперм обычно не полностью сформирован, а зародыш может отсутствовать. Мелкие семена представлены в основном сохранившимися клетками интегумента и халазы с утолщенными оболочками, без признаков развития эмбриональных структур (Шамров и др., 2021). Ранее такая разносемянность в пределах плода была изучена у

культивируемых представителей семейств пасленовых и тыквенных (Бывших, 1963; Гикало, 1966).

Ряд авторов зачастую используют оба термина «гетероспермия» и «разнокачественность семян» (Попцов и др., 1981;. Ступин , 2014; .Макрушин, 1989; Макрушин и др., 2012). Н.М. Макрушин (1989) дает такое определение: «Гетероспермия - это изменчивость семян по морфологическим признакам, биохимическому составу и физиологическому состоянию, способности прорастать и обеспечивать определенную продуктивность растений в потомстве», что по своему смыслу равнозначно определению разнокачественности семян. При этом автор (Макрушин, 1985) указывает, что в семеноведении и практической агрономии для оценки качества семян понятие «разнокачественность» является более емким и выразительным. А.Ф. Бухаров (2020) также отмечает, что «разнокачественность семян, культивируемых растений, имеет несколько иной характер, чем гетероспермия. Признаки семян селекционных сортов, по которым они проявляют разнокачественность, как правило, являются количественными, непрерывно варьирующими, в отличие от преимущественно качественных признаков, используемых для типизации гетерокарпии и гетероспермии.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Прияткин Николай Сергеевич, 2024 год

- -

п п г. ■ - г. п п

■ ■ ■ ■ ■

■ ■

1

1

№ семени 111111

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

б

Средняя интенсивность газоразрядных изображений

с

о а£ О.

К ^

и н и е!

160 140 120 100 80 60 40 20

и

№ семени

1

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

Рисунок 52. Средняя интенсивность цифровых газоразрядных изображений семян сосны кедровой сибирской: а - образец №1, (происхождение Новосибирск); б - образец №2, (происхождение Новосибирск); в - образец происхождение Республика Тыва. Столбцы зеленого цвета (Класс А) - нормально сформированные семена, желтого (Класс В) -недовыполненные, красного (Класс С) - невыполненные семена

а

в

Недовыполненные семена сосны кедровой сибирской (образец №1, г. Новосибирск) были, с помощью метода электрофотографии, ошибочно классифицированы как нормально сформированные, в образце №2 (г. Новосибирск), одно из двух недовыполненных семян было ошибочно классифицировано как нормально сформированное.

Результаты сравнения эффективности методик газоразрядной визуализации (электрофотографии) и микрофокусной рентгенографии, в сочетании с анализом цифровых рентгеновских изображений и измерений веса индивидуальных семян, по данным анализа семян сосны кедровой сибирской, представлены в таблице 23. Классификация выполнена на основании данных визуального анализа цифровых рентгеновских изображений.

Таблица 23

Результаты сравнения эффективности методик электрофотографии и микрофокусной _рентгенографии_

Классы объектов Количество объектов Точность, % / Погрешность, %

Электрофотография Рентгенография

Класс А 110 88 / 12 98 / 2

Класс В 4 25 / 75 50 / 50

Класс С 12 100 / 0 92 / 8

Примечание: общее количество объектов - 126.

Как следует из данных в таблице 23, метод электрофотографии наиболее эффективно показал тебя при выявлении семян, относящихся к классу C - точность классификации близка к 100%, и выше, в данном случае, чем у рентгенографического метода в сочетании с автоматическим анализом цифровых рентгеновских изображений семян. Согласно нашим исследованиям на выбранных образцах, оба метода показали высокую эффективность (> 90%) точности при выявлении невыполненных семян сосны кедровой сибирской.

Полагаем, что метод электрофотографии позволяет выявлять скрытые дефекты семян древесных лесных пород, обусловленных действием абиотических факторов, в том числе, особенностями климатических зон произрастания, приводящих к появлению таких дефектов, как невыполненность и недовыполненное^ (не более 50% площади проекции семени занимает пустое пространство).

3.3.3.3. Исследование газоразрядных характеристик семян дуба черешчатого (Quercus robur L.) для оценки их посевных качеств

Для изучения качества семян древесных лесных растений, относящихся к классу двудольные, было выполнено исследование газоразрядных характеристик с сопряженной оценкой рентгенографических и ростовых показателей желудей дуба черешчатого (Quercus robur L.). Показано, что использование метода газоразрядной визуализации (электрофотографии) делает возможным обнаруживать скрытые дефекты желудей дуба черешчатого, в частности, поражение желудей грибной инфекцией (энзимо-микозное истощение) (рис. 53).

а б

Рисунок 53. Примеры газоразрядных, рентгеновских изображений и цифровых фотографий желудей дуба черешчатого: а - без скрытых дефектов; б - с энзимо-микозным истощением

Рисунок 53 иллюстрирует, что газоразрядное изображение желудя дуба черешчатого имеет яркую, равномерную корону, в отличие от желудя, имеющего скрытую поврежденность грибной инфекцией. У поврежденного семени газоразрядное изображение имеет иной характер: свечение тусклое, характер короны - нерегулярный.

Статистически значимых различий газоразрядных характеристик у проросших и не проросших желудей дуба черешчатого обнаружено не было. Однако, установлена взаимосвязь интроскопических (рентгенографических, газоразрядных) характеристик и ростовых показателей (длина ростка) желудей дуба черешчатого (рис. 54).

Длина ростка на Длина ростка на

20-е сутки, см 20-е сутки, см

Минимальная яркость, ед. ярк. Нормализованное СКО радиуса изолинии, пиксели

а

б

в

Рисунок 54. Зависимости параметров: а - цифровых рентгеновских (Минимальная яркость, единицы яркости) с ростовыми показателями (Длина ростка на 20-е сутки, см); б -газоразрядных изображений (Нормализованное СКО радиуса изолинии, пиксели) с ростовыми показателями (Длина ростка на 20-е сутки, см); в - трехмерная диаграмма зависимости рентгеновских, газоразрядных и ростовых показателей

На рисунке 54а показано, что желуди дуба черешчатого с высокими значениями показателя Средняя яркость цифровых рентгеновских изображений дают, преимущественно, лучшие проростки, равно как и желуди, имеющие минимальные значения показателя Нормализованное СКО радиуса изолинии цифровых газоразрядных изображений (рис. 54б).

Корреляционный анализ Спирмана выявил ряд взаимосвязей интроскопических (рентгеновских, газоразрядных) и дополнительных показателей посевных качеств (длина ростка, 20-е сутки) желудей дуба черешчатого. В частности, коэффициент корреляции между минимальной яркостью цифровых рентгеновских изображений и длиной ростка составил

r=0,3775, p=0,0053; между нормализованным СКО радиуса изолинии газоразрядных изображений и длиной ростка r=-0,3429, p=0,0120.

Таким образом, установлено, что те желуди, у которых наблюдались минимальные значения минимальной яркости цифровых рентгеновских изображений и максимальные значения среднего радиуса изолинии газоразрядных изображений характеризовались худшими посевными качествами.

Разработанная на основе методов микрофокусной рентгенографии и газоразрядной визуализации комплексная методика, в дополнение к существующим стандартным тестам, может служить еще одним инструментом для оценки качества желудей дуба черешчатого, как и семенного материала лесных пород в целом, вне зависимости от вида растений.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В работе нами были использованы следующие инструментальные методы оценки разнокачественности и скрытой дефектности семян: цифровое сканирование и цифровая фотография, в сочетании с компьютерным анализом изображений; микрофокусная рентгенография, в сочетании с визуальным и автоматическим компьютерным анализом изображений, электрофотография, в сочетании с автоматическим компьютерным анализом изображений. Каждый из этих методов позволяет получить определенную информацию о состоянии семени, будь то состояние поверхности, внутренней структуры или его интегральных электрофизических характеристик. Благодаря разноплановости и эффективности использованных методов и подходов нам в результате выполнения запланированных экспериментов удалось получить комплексную интегрированную картину разнокачественности и скрытой дефектности семян различных видов растений, что позволяет говорить не только об эффективности этих подходов, но и их практическом применении в селекции, семеноводства и сельскохозяйственном производстве в целом.

4.1. Оптические методы исследования

Оптический метод сканирования семян, в сочетании с компьютерным анализом изображений, является простым, производительным и физически объективным методом оценки размера, формы и цветности семян. Он успешно применяется в мировой научной практике семеноведения для определения сортовой чистоты семян, выявлению зерновой примеси (Штейнберг и др., 2018; Widiastutia et а1., 2018). Метод обладает достаточной чувствительностью, чтобы наблюдать процесс старения семян (Afonnikov et а1., 2022).

В нашей работе мы применяли его для оценки различных типов разнокачественности. В случае оценки экологической разнокачественности на примере семян пшеницы и фасоли обыкновенной оказалось достаточным определить размер и форму семян.

В случае анализа генетической и экологической разнокачественности группа цветовых параметров семян оказалась значимым признаком - большинство сортов одной капустной культуры, а также образцы одного сорта, выращенных в разных эколого-географических зонах, различались по цвету.

На примере семян шнитт-лука нами было показано, что генетическая разнокачественность проявлялась как в разнице формы, так и цвета семян.

Однако при изучении матрикальной разнокачественности семян лука Кристофа мы не получили ожидаемого результата. В частности, мы не выявили изменений соотношения величин цветовых составляющих изображений семян декоративного лука, в зависимости от

принадлежности к определенному ярусу. Одной из возможных причин этого является техническое ограничение самой оптической системы - сканера, позволяющего получать изображение только в видимом диапазоне. Ожидаемым результатом могла быть разница цветовых характеристик, связанных с различной степенью их физиологической зрелости, обратно зависимой с содержанием в оболочки семян хлорофилла. Полагаем, что для более углубленных исследований матрикальной разнокачественности, в частности, сопутствующей ей различной физиологической зрелости семян, необходимо использовать более совершенные неразрушающие технологии получения и обработки изображений, основанные на визуализации и количественной оценке флуоресценции хлорофилла, реализованные, например, в работах (Jalink, Frandas et al., 1998). В данном исследовании (Jalink, Frandas et al., 1998) семена капусты (Brassica oleracea L.) сортировались индивидуально по сигналам флуоресценции хлорофилла на четыре группы, маркированные по сигналу флуоресценции хлорофилла (низкий, средний, высокий и очень высокий). Результаты показали, что величина сигнала флуоресценции хлорофилла находилась в обратной зависимости от качества семян, выраженного в % всхожести, % нормальных проростков, энергии прорастания и равномерности прорастания.

В отношении анализа дефектности семян методом цифрового сканирования, либо, как в нашем случае, цифровой фотографии, перспективным является выявление тех дефектов, которые затрагивают оболочку семян и ведут к изменению ее окраски. В нашем случае поврежденность семян кукурузы бактериозом привела к изменению оптических свойств поверхности семян, которые и были детектированы оптической системой, а количественные индексы цвета были уже объективизированы с помощью автоматического анализа изображений семян. Как и в случае изучения матрикальной разнокачественности семян, наличие мощного инструмента, например, программно-аппаратного комплекса VideoMeter Lab 4, производства VideoMeter A/S (Дания), позволяет существенно расширить возможности детектирования на поверхности семян патогенной микрофлоры и повреждений, связанной с ее присутствием (Singh et al, 2007; Suchowilska et al., 2012; Olesen et al., 2011; Sendin et al., 2018 и др.).

При поражении семян возбудителями грибных болезней происходит не только изменение спектра отражения, но и его природы - специфический спектр для каждого из наблюдаемых патогенов (Olesen et al., 2015), что в перспективе позволяет проводить скрининговую диагностику болезней семян. C.H.Q. Rego и соавторами, (2020) получены интересные результаты по оценке эффективности мультиспектральной визуализации в сочетании со статистическими моделями для оценки состояния семян какао и дифференциации семян, несущих различные виды грибов. Семена были искусственно инокулированы Fusarium pallidoroseum, Rhizoctonia solani и Aspergillus sp. Результаты работы показали, что модели на основе LDA были эффективны в обнаружении и идентификации различных видов грибов в

семенах какао, с точностью выше 92% до инкубации и 99% после инкубации. В наших исследованиях, в отличие от C.H.Q. Rego с соавторами, (2020), мы изучали бактериальную инфекцию семян сахарной кукурузы, методом цифровой фотографии с использованием двух источников излучения (видимый диапазон и УФ). Поскольку был выявлен только один доминирующий вид фитопатогенной бактерии Pantoea ananatis, а остальные патогенные микроорганизмы (Pseudomonas spp., Mucor spp., Alternaría spp.) были отмечены лишь в следовых количествах, у нас не было возможности оценить возможности метода цифровой фотографии для сравнения цветовых характеристик семян, пораженных разными патогенами.

Для анализа цветности семян с помощью сканера с целью выявления и количественного описания различных типов разнокачественности семян методика в перспективе может быть усовершенствована, а именно, введены эталонные шкалы цветности (Afonnikov et al., 2022). Также перспективным может быть совершенствование алгоритмов извлечения информации путем машинного обучения на основе полученных цифровых снимков семян (Sharma et al, 2021).

Таким образом, нам представляется, что цифровое сканирование семян, в сочетании с компьютерным анализом изображений, в текущем исполнении перспективно для изучения генетической и экологической разнокачественности семян.

4.2. Рентгеновский метод исследования

Как показывают полученные нами данные, рентгеновский метод, в сочетании с компьютерным анализом цифровых рентгеновских изображений, является эффективным для оценки скрытой дефектности семян. Так, например, нами был проведен рентгенографический анализ семян зерновых культур (пшеница, кукуруза), овощных (капустные культуры), плодовых и орехоплодных культур, а также древесных лесных пород.

В отношении семян зерновых культур, следует отметить, что рентгеновский метод позволяет выявлять дефекты биогенного происхождения. В отношении зерен пшеницы, поврежденных клопом - вредная черепашка это было показано и ранее (Алексеева и др., 2009). Нами, в отличие от работы (Алексеева и др., 2009), установлено, что посевные качества семян зависят от степени повреждения зерен клопом черепашка. Это вполне объяснимо, если принимать во внимание биологию вредителя: наиболее вредоносными являются повреждения, одновременно охватывающие зону спинки и бочков в призародышевой зоне, поскольку глубина и степень повреждения зерновок при этом значительно увеличиваются (Капусткина, Фролов, 2022). При слабых повреждениях, не затрагивающих призародышевую зону, зерновка может давать полноценный проросток.

Однако точность классификации дефектных зерен при этом оказалась не слишком высока. Нарушение прорастания отдельных семян может быть обусловлено иными причинами, не связанными с поврежденностью клопом - вредная черепашка, например, поврежденностью зародыша грибной инфекцией и механическими травмами зародыша (Архипов и др., 2013). Кроме того, семена, согласно методике (Архипов и др., 2013), при рентген-съемке были жестко зафиксированы на клейкой подложке в строго определенном положении (бороздкой вниз), поэтому цифровые рентгеновские изображения получены только в одной (единственной) проекции. При изменении положения зерновки при рентген-съемке, визуализация и, соответственно, количественная оценка дефекта может быть отличной от первоначальной (Grundas et al., 1999).

Используемые в нашем исследовании программные средства обработки изображений позволили осуществлять расчет характеристик в целом по объекту (зерновке), без учета характеристик ее отдельных структур и органов, в частности, зародыша, так как зародыш пшеницы, в отличие от зародыша семян древесных лесных пород просматривается не очень отчетливо, и потому его интерактивное оконтуривание затруднительно.

Мы полагаем, что для оценки поврежденности клопом вредная черепашка, а также родственными видами клопов перспективно применять сочетание методов, например, рентгеновский метод и инфракрасную спектроскопию. Последний из них успешно применяется как в России (Капусткина, Фролов, 2022), так и за рубежом, при этом точность классификации у данного метода выше (>75%) (Armstrong et al., 2019), чем в случае полученных нами данных рентгеновским методом (62%) и методом электрофотографии (64%). Мы полагаем, что более низкая точность классификации поврежденных и неповрежденных семян обусловлена как чувствительностью рентгеновского метода, так и выбранным математическим методом, как подходом, определяющим и устанавливающим эту (предлагаемую нами) классификацию.

Образцы семян пшеницы, подвергнутые механическому воздействию при их уборке и сортировке, характеризовались различным количеством трещин в эндосперме. Зависимость посевных качеств от количества трещин можно охарактеризовать как экспоненциальную, однако связь этих показателей не слишком сильная. Это можно объяснить тем фактом, что в отличие от микротомографии (Gomes-Junior et al., 2019), где гарантировано можно определить, где именно в семени прошла трещина, в проекционной рентгенографии мы можем видеть только результирующее изображение, а сама трещина могла располагаться выше, или ниже оси, на которой расположен зародыш. Такое семя нормально прорастает.

В отношении поврежденности семян кукурузы возбудителем бактериоза следует отметить, что рентген-проекции поврежденных семян имели более темную окраску, средняя яркость была понижена. Визуальный метод оценки показал сходную картину. Рентгеновский

метод ранее успешно показал себя при выявлении энзимо-микозного истощения семян (Темирбекова, 2000; Narvankara et al., 2009), проявляющегося в затемнении рентгеновской проекции семени. Очевидно, бактериальная инфекция в нашем случае аналогично проявляется в затемнении рентген-проекции, а также в увеличении количества аномалий зародыша, что неизбежно сказывается на снижении посевных качеств семян.

В мировой практике семеноведения имеется опыт детектирования повреждений семян пшеницы грибами Aspergillus niger, A. glaucus group и Penicillium spp. (Narvankara et al., 2009). Пораженные семена, как и в нашем случае, характеризовались измененными значениями яркостных показателей. При этом точность классификации поврежденных семян составила 82%.

В отношении семян капустных культур следует отметить, что рентгеновский метод в нашем случае показал лучшую связь с посевными качествами, по сравнению с оптическим. Мы предполагаем, что это связано с тем, что рентгеновский метод показывал прежде всего дефектность семян, влияющую на посевные качества. Оптический метод позволил определить генетическую и матрикальную разнокачественность по внешним признакам, однако, чтобы определить физиологическую зрелость семян, чувствительности прибора (сканера), по нашему мнению, не хватило.

В отношении семян капустных культур, показано, что выраженная «рисунчатость» с глубоким разделением частей зародыша семян и пониженными значениями показателя «средняя яркость», измеряемая автоматическим способом, свидетельствует об их нежизнеспособности. Явная разделённость частей зародыша и нерегулярные тени на проекции семени отражаются в замедленном его прорастании и в аномальности проростка.

Ф.Б. Мусаевым и др. (2016), показано, что угловатая форма семени капустных культур в большинстве случаев указывает на его нежизнеспособность. В результате автоматического анализа цифровых рентгеновских изображений семян капусты белокочанной нами выявлено, что признак «угловатость» семени может быть количественно описан такими показателями, как округлость и фактор круга. У семян с признаком «угловатость» значения этих показателей значительно ниже, чем у нормально сформированных семян. Посевные качества семян у угловатых семян в большинстве случаев ухудшены.

Также установлено (Simak, Gustafsson, 1953), что невыполненные семена не имеют полноценного эндосперма и зародыша, поэтому на рентгеновском снимке могут иметь вид темных проекций, по сравнению с нормально сформированными семенами. Такие семена всегда являются нежизнеспособными (Архипов и др., 2013).

Наряду с этим, следует отметить, что семя, как биологический и агрономический объект является сложной живой системой, на показатели жизнеспособности и развития которой

сказывается множество факторов. Так, было выявлено, что на ростовые показатели семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений влияют не только степень их выполненности, но и размерные характеристики (Chacón, Bustamante, 2001), форма (Макрушин и др., 2015), а также степень развития зародыша, которую также возможно оценить объективно, в том числе с использованием средств компьютерного анализа изображений.

Проведенная нами идентификация невыполненных и нормально сформированных семян ели, плосковеточника восточного, туи сычуанской, сосны кедровой сибирской, а также кедрового стланика показала высокую эффективность и информативность рентгеновского метода. Зарубежными исследователями также показана эффективность рентгенографического метода для выявления невыполненности семян тропических древесных растений, в том числе, на основании данных об оптической плотности их внутренних структур (Kampa, 1973; Sahlen et al., 1995; AlTurki, Baskin, 2017).

4.3. Метод электрофотографии

M. Cater, F. Batic (1998) изучали характеристики газоразрядного свечения семян бука европейского (Fagus sylvatica L.) и клена ложнозибольдова (Acer pseudosieboldianum (Pax.) Kom.). Исследователями показано, что значения показателя коэффициента витальности, связанный с относительной площади свечения, были выше у жизнеспособных семян, по сравнению с нежизнеспособными. В наших исследованиях мы получили сходный результат: площадь и интенсивность свечения семян кукурузы, пораженных бактериозом, была ниже по сравнению с неинфицированными семенами. Однако в случае поврежденности семян пшеницы клопом вредная черепашка значения показателей интенсивности газоразрядного свечения у семян с высоким баллом повреждения были выше, по сравнению с неповрежденными.

Отсутствие газоразрядного свечения невыполненных семян исследованных древесных лесных пород может быть объяснено тем, что метод газоразрядной визуализации чувствителен к влажности и электропроводности объекта (Коротков, 1995). У пустых семян и влажность, и электропроводность ниже за счет отсутствия зародыша и эндосперма, поэтому инициализации газоразрядного свечения не происходит.

4.4. Методология исследования разнокачественности и скрытой дефектности семян на основе «каскада» инструментальных физических методов

Иностранными исследователями активно продвигается идея относительно сочетания 2-х и более методов исследования при неразрушающей оценке качества семян, например, сочетания мультиспектральной визуализации и рентгеноскопии (Bianchini, et al., 2021). мультиспектральной визуализации и метода флуоресценции хлорофилла (Silva et al., 2023).

Мы также полагаем, что имеет смысл сочетать несколько методов на одних и тех же семенах, при этом выбор оптимального их сочетания можно определить следующими условиями:

1) Вид сельскохозяйственной культуры, образцы семян которой исследуются. Неинвазивные физические методы имеют ряд ограничений по спектру исследуемых культур. Например, метод электрофотографии не позволяет работать с мелкосемянными культуры (клевер, салат и др.), и плоскими семенами (пасленовые). Метод цифровой фотографии не эффективен, например, при исследовании семян орехоплодных культур, так как оптические характеристики внешней оболочки таких семян практически не несут полезной информации.

2) Количество единообразных партий семян, которые должны быть подвергнуты анализу. Неинвазивные физические методы имеют различную производительность: она уменьшается в ряду:

- цифровая фотография (скорость получаемых снимков: несколько секунд, зачастую не требуется специальная пробоподготовка - расклейка семян на карточки, одновременно может быть отснято большое количество семян, анализ изображений полностью автоматизирован).

- микрофокусная рентгенография (скорость получаемых снимков: несколько секунд, но требуется специальная пробоподготовка - расклейка семян на карточки, одновременно может быть отснято от нескольких семян, до нескольких сотен семян, в зависимости от используемого увеличения при съемке и вида сельхозкультуры, количество семян, анализ изображений лишь частично автоматизирован).

- электрофотография (скорость получаемых снимков: в пределах одной минуты, не требуется специальная пробоподготовка - расклейка семян на карточки, одновременно может быть отснято только одно семя, анализ изображений полностью автоматизирован).

Таким образом, при выборе оптимальной методики нами предлагается учитывать вид сельскохозяйственной культуры, производительность, а также факторы (стрессоры) среды, которым были подвергнуты образцы семян, с учетом сортовых особенностей, места сбора, года и категории репродукции, технологии выращивания. Такой анализ необходим для выбора наиболее оптимальной неинвазивной методики, или сочетания нескольких методик, для экспресс-оценки качества семенного материала.

4.5. Сравнительные характеристики использованных инструментальных физических методов исследования качества семян

При сравнении диагностических возможностей использованных нами неинвазивных инструментальных методик оценки разнокачественности с скрытой дефектности семян мы опирались на полученные нами результаты, а также сопоставления их с результатами,

полученными другими исследователями. Диагностические возможности данных методик приведены на рисунке 55.

тт___________________ . _ . . . . . . ... ^ ._.. Название метода

Диагностические возможности оценки качества семян Цифровое Л1нкрофокусная сканирование рентгенография Электрофотография

Ратокачвстватость

- Гене шче екая • •

- Матрлкальная • • •

- Экологическая • • •

Скрытая дефектность

- Биогенного пр оисхождешш • •

- Техногенного происхождения • • •

jrcHe спо со бно сть Связь с ростовыми показателями

Рисунок 55. Диагностические возможности неразрушающих инструментальных методик оценки разнокачественности семенного материала. Зеленые кружки обозначают высокую эффективность методики; желтые кружки - методика имеет определенные ограничения; красные кружки - методика имеет значительные ограничения, либо в данном случае, неприменима; фиолетовые кружки - методика нуждается в дополнительной апробации

Мы полагаем, что генетическая разнокачественность, обнаруживающаяся в различном проявлении фенотипа и морфологии семян, прежде всего, их цветности, может быть эффективно объективизирована с помощью цифрового сканирования, в сочетании с компьютерной обработкой изображений. Аналогичного рода работы широко представлены в мировой научной практике (Sau et al., 2019; Sharma et al., 2021; Huang et al., 2022 и др.).

Применение же рентгеновского метода для объективизации генетической и матрикальной разнокачественности семян мы считаем нецелесообразным, хотя в литературе данный подход также предлагается (Demyanchuk et al., 2013). Рентгеновский метод может объективизировать максимум форму семян - гораздо быстрее и бюджетнее для решения этой задачи применить методику цифрового сканирования. Это касается и матрикальной разнокачественности, когда требуется определить не только размер и форму семян на различных частях материнского растения, но и их цветности. Экологическая

разнокачественность семян, особенно обусловленная воздействием на семена неблагоприятных условий внешней среды, и являющаяся причиной возникновения скрытых дефектов в семенах -прямая прерогатива для рентгенографического метода исследований. В отличие от методики цифрового сканирования, микрофокусная рентгенография позволяет заглянуть «вглубь» семени, а съемка с прямым рентгеновским увеличением дает возможность получать цифровые изображения семян с визуализацией дефектов внутренней их структуры, невидимых оптическим методом, прежде всего, это скрытая трещиноватость и травмы зародыша.

Электрофотография вполне информативна при сравнении листовых пластинок малины устойчивых и неустойчивых к болезням листьев этой культуры (Джигадло М.И., Джигадло Е.Н., 2010), в отношении семян малины требуется провести дополнительные масштабные исследования. Это касается напрямую и других видов разнокачественности семян зерновых, зернобобовых культур, древесных лесных растений, а также оценки скрытых дефектов семян зерновых культур, обусловленных причинами техногенного характера.

В целом, что касается жизнеспособности семян, ростовых показателей и их связи с характеристиками покоящихся семян, измеряемых инструментальными методами, то нами было установлено, что все три метода (цифровое сканирование, микрофокусная рентгенография, электрофотография) показали свою информативность, корреляции существуют. В частности, при исследовании образцов семян сахарной кукурузы каскадом из трех инструментальных методики (цифровая фотография с двумя источниками света разных длин волн, микрофокусная рентгенография и электрофотография), нами было выявлены различия характеристик газоразрядного свечения поврежденных и неповрежденных образцов семян кукурузы, причем максимальные значения коэффициентов корреляции были зафиксированы в случае метода цифровой фотографии, минимальные - в случае метода электрофотографии.

Сравнительная характеристика использованных инструментальных физических методов оценки разнокачественности и скрытой дефектности семенного материала представлена на рисунке 56.

Название метода

Критерии оценки метода. Цифровое сканирование Мнкро ф окуснал рентгенография Электрофотография

Сохранение жизнеспособности объекта • •

Получение характеристик индивидуального семени • •

В озможно сть р аб оты с оеменаьи любых культур •

Объ ектишгзация пр оно димьп наблюдении • •

Автоматизация проводимы; измерений •

Быстрота измерении и обработки данньк • • •

Бюджетностъ методики • •

Легитимно сть методики • • •

Рисунок 56. Сравнительные характеристики неразрушающих инструментальных методик оценки разнокачественности семенного материала. Зеленые кружки обозначают высокую эффективность методики; желтые кружки - методика имеет определенные ограничения; красные кружки - методика имеет значительные ограничения

Как видно из рисунка 56, все используемые нами в работе инструментальные физические методы отвечают основным критериям оценки разнокачественности семенного материала: они не повреждают семя при их исследовании, также возможно получать информацию по каждому семени в отдельности, что позволяет сравнить в дальнейшем характеристики покоящихся семян с их ростовыми показателями. Все три метода позволяют получать количественные характеристики исследуемых семян при оценке разнокачественности семенного материала. Вместе с тем есть и ограничения - рентгеновский метод несколько уступает в информативности методу компьютерной микротомографии, когда речь идет об анализе семян большой толщины (Gomes-Junior, 2017), а методика электрофотографии, по крайней мере, в текущем ее исполнении, не позволяет работать с мелкими (<1 мм) и плоскими семенами. Методика микрофокусной рентгенографии, в части выявления скрытых дефектов по типам (ГОСТ Р 59603-2021) реализована, на данный момент путем визуальной расшифровки дефектов, хотя определенные разработки по выявлению дефектов с учетом компьютерных программ имеются (Белецкий и др., 2022).

По быстроте измерений методика электрофотографии уступает рентгенографическому методу и методу цифрового сканирования. Оборудование для реализации рентгеновского

метода является самым дорогостоящим, по сравнению с прибором для электрофотографии и тем более, с планшетным сканером.

Однако, важно отметить, что рентгеновский метод является, единственным инструментальным методом, прошедшим процедуру стандартизации, как в России (ГОСТ Р 59603-2021), так и за рубежом (ISTA Rules, 2023), что позволяет рекомендовать его, наряду со стандартными методами оценки посевных качеств семян (ГОСТ 12038-84), в качестве опорного и верифицирующего при комплексных исследованиях качества семенного материала.

4.6. Понятие «параметрический паспорт» семени

Совокупность параметров, измеряемых инструментальными методами удобно, на наш взгляд, представить в виде «параметрического паспорта» (рис. 57).

Рисунок 57. Пример «Параметрического паспорта» семени

«Параметрический паспорт» семени, в дополнение к генетическому паспорту сорта и сопроводительной информации об образцах семян (сорт, год репродукции, место сбора и др.), может включать в себя группу морфометрических, рентгеновских, электрофизических, весовых и морфофизиологических показателей. Такой подход, на наш взгляд, должен обеспечить характеристики индивидуальных семян по более 50 показателям, измеряемым с использованием инструментальных физических методик, а также исследуемой партии семян в

целом, включая показатели её неоднородности. Данные показатели могут быть использованы в качестве дополнительных при паспортизации сортов и партий семян сельскохозяйственных культур.

Перспективным также представляется использование подхода на основе нейронных сетей для выявления на основе набора параметров, получаемых инструментально, значимых показателей с точки зрения установления их взаимосвязи с ростовыми показателями семян. Использование для данной задачи машинного обучения на основе нейронных сетей находится в тренде современного мирового семеноведения (Loddo et al., 2021; Zhao et al. 2022; Rybacki et al., 2023).

4.7. Физические принципы и методические основы использованных инструментальных методов

4.7.1. Физические принципы и методические основы цифрового сканирования семян

Планшетный сканер, благодаря особенностям его оптической схемы, «не видит» зеркальные поверхности и поэтому представляет собой идеальный физический прибор для регистрации рассеянного света плоскими объектами в видимом диапазоне длин волн (Железняк, Сидоров, 2015).

Современный сканер (Степаненко, 2004, Шпунт, 2004) функционально состоит из двух частей: сканирующего механизма и программной части (TWAIN-модуль). Сканируемый объект располагается на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается каретка с источником света и линейкой фотоприемников (приборов с зарядовой связью - ПЗС-элементов, или фототранзисторов). Оптическая система сканера проецирует световой поток от объекта на фотоприемники, где осуществляется разделение информации по цвету. Фотоприемники преобразуют уровень освещенности в уровень напряжения. Далее аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АцП), из которого информация выходит в двоичном коде и после обработки в контроллере сканера через интерфейс с компьютером поступает в драйвер сканера - TWAIN-модуль, с которым взаимодействуют прикладные программы.

Геометрия оптической системы сканера такова, что свет, зеркально отраженный от объекта, не попадает на фотоприемники (рис. 58), поэтому сканер можно использовать как физический прибор для регистрации рассеянного света (Железняк, Сидоров, 2015).

Рисунок 58. Схема расположения элементов планшетного сканера (без элементов оптической системы): 1 - источник света, 2 - объект, 3 - стекло экспонирования, 4 - фотоприемники, 5 -каретка сканера; SL и MRL - рассеянный и отраженный свет, соответственно (по Железняку, Сидорову, 2015).

Таким образом, метод цифрового сканирования позволяет получить цифровое изображение семян лишь в видимом диапазоне (400-700 нм), только в рассеянном свете, и без дополнительного оптического увеличения, в отличие от стереомикроскопии (Пантелеев и др., 2005). Это обуславливает технические ограничения метода - внутреннюю структуру семени с помощью сканера визуализировать практически невозможно. Анализ цветовых характеристик семян сводится к анализу мощности спектра в красном, зеленом и синем каналах по цветовой модели RGB, а также таким показателям, как Тон и насыщенность по цветовой модели HSB. Важно отметить, что программа «ВидеоТесТ-Морфология» работает с 8-ми битными изображениями, поэтому градации яркости по каждому из цветовых каналов находятся в пределах от 0 до 255. Этим можно объяснить тот факт, что мы не получили значимых различий при анализе цветовых параметров матрикально разнокачественных семян декоративных луков, что в перспективе может быть достигнуто при увеличении технической разрешимости используемых приборов.

В работе А. Loddo и др. (2021), также применялась методика цифрового сканирования семян, но использовалось программное обеспечение ImageJ с плагином SeedsAnalyser. Набор параметров в данной программе был шире, чем в нашем случае, в частности, измерялись параметры среднеквадратического отклонения цветов и параметры текстуры. С использованием данного подхода в этой работе удалось классифицировать семена, относящиеся к семейству бобовых, а в работе E. Ropelewska и др. (2022) - семена различных сортов абрикоса, с высокой степенью точности.

В наших исследованиях, даже при текущем аппаратном и программном исполнении методики, удалось выявить различия в цветовых характеристиках семян капустных культур, выращенных в разных эколого-географических зонах. Также удалось установить, что семена

сахарной кукурузы, имеющие максимальную бактериальную обсемененность, имели иные цветовые характеристики, в том числе, в видимом диапазоне.

Наряду с этим, разрешение используемого нами в работе сканера EPSON Perfection V200 Photo до 4800 dpi оказалось вполне достаточным, чтобы исследовать геометрические характеристики даже сравнительно мелких семян (укроп, пастернак), с точностью, которая обеспечивалась попаданием на один объект интереса (семя), не менее 1000 пикселей (Пантелеев и др. 2005).

Таким образом, методика цифрового сканирования, несмотря на свою простоту и высокую производительность, имеет ряд ограничений, которые могут быть лишь частично устранимы за счет использования усовершенствованного программного обеспечения и расширенного набора измеряемых параметров. При необходимости исследования более тонких характеристик семян - их физиологической зрелости, а также их поврежденности фитопатогенной микрофлорой мы полагаем целесообразным использование более технически совершенных систем получения изображений семян, работающих на других физических принципах, а именно, приборы для измерения флуоресценции хлорофилла (Jalink et al., 1988 Silva et al., 2023 и др.), а также мультиспектральную и гиперспектральную визуализацию (Zhao et al., 2022; Silva et al., 2023 и др.).

4.7.2. Физические принципы и методические основы микрофокусной рентгенографии

В связи с тем, что большинство семян, а также отдельные их структурные элементы, имеют малые размеры (от нескольких долей миллиметра до 1,5 см), широко известный в медицинской диагностике контактный способ получения рентгеновских изображений (Блинов, 2002) не позволяет обеспечить качество изображения семян, достаточное для обнаружения основных дефектов их внутреннего строения. Для решения этой задачи используется так называемый микрофокусный способ получения рентгеновских изображений (Мазуров, Потрахов, 2011).

Основным отличием микрофокусного способа съемки от традиционного контактного является уменьшенный в десять и более раз размер фокусного пятна рентгеновской трубки, используемой для проведения рентгенографических исследований (Мусаев и др., 2016).

При съемке с увеличением изображения используется источник излучения 1 с так называемым точечным фокусным пятном d2 (рис. 59). В этом случае для получения резких увеличенных изображений биологических тканей размер фокусного пятна должен составлять менее 0.1 мм (или 100 мкм). Соответственно, методика съемки с помощью таких источников излучения в соответствии с ГОСТ 22091.9-86 получила название «микрофокусная рентгенография», а способ съемки с увеличением изображения - «микрофокусный способ».

При съемке с увеличением изображения объект б располагается на определенном расстоянии как от источника излучения 1, так и от приемника изображения 3. Независимо от того, в каком положении находится объект съемки в пространстве между фокусным пятном источника излучения и плоскостью приемника, резкость полученного изображения в указанном диапазоне значений коэффициента его увеличения сохраняется (рис. 59б) (Мусаев и др., 2016).

а б

Рисунок 59. Рентгенооптическая схема съемки в микрофокусной рентгенографии: а - контактный способ; б - способ съемки с увеличением изображения (по Мусаеву и др., 2016)

При рентгеновской съемке нормальное семя (без скрытых дефектов и с полноценно сформированными внутренними органами и структурой) задерживает рентгеновские лучи, поэтому рентген-проекция такого семени имеет светлую окраску. Напротив, дефекты в семени, имеющие вид пустот различной формы (невыполненность, недовыполненное^, трещиноватость, скрытая зараженность насекомыми), а также дефекты, следствием возникновения которых является нарушение структуры тканей (энзимо-микозное истощение, поврежденность клопом черепашка), приводят к тому, что рентгеновские лучи поглощаются в меньшей степени, либо проходят насквозь через объект. На рентген-проекции семени такие дефекты отображаются в виде темных элементов, а их конфигурация определяется конкретным типом наблюдаемого повреждения.

Практика рентгенографии показывает, что для большинства рентгенодиагностических задач коэффициент увеличения изображения не превышает 5-7 раз (Васильев, 1998). В наших исследованиях мы применяли рентген-съемку с коэффициентом увеличения от 1х (семена миндаля обыкновенного), до 5х (семена овощных культур), что оказалось вполне достаточным для выявления основных типов скрытых дефектов семян.

Однако, для детальной визуализации скрытых дефектов и отдельных структур и органов семян, особенно мелких (менее 1 мм), требуется большее увеличение (10 крат и более). Для выполнения этой задачи может использоваться рентгеновский микроскоп, например PM-1 (разработчик: ФГАОУ ВО СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, Россия), позволяющий получать изображения семян с увеличением до 1000 крат.

Другим техническим решением является метод компьютерной микротомографии, также являющийся неразрушающим рентгеновским методом, благодаря высокому разрешению и детализации получаемого изображения, называемый в литературе (Rousseau et al., 2015) также «виртуальной гистологией». Метод компьютерной томографии незаменим, когда нужно провести детальную визуализацию повреждения семени. Например, с его помощью можно установить локализацию в семени трещины в эндосперме, для того, чтобы убедиться, прошла ли она по оси расположения зародыша, повредив его, или нет (Gomes-Junior et al., 2017). Метод проекционной рентгенографии не справляется с этой задачей, так как он позволяет получить лишь результирующее 2D изображение семени. Особенно это касается семян большой толщины, таких культур, как кукуруза и зернобобовые (Gomes-Junior et al., 2017).

Наряду с этим, метод компьютерной микротомографии отличается низкой производительностью - съемка одного семени, вместе с реконструкцией 3D изображения занимает не менее 40 минут (Rousseau et al., 2015). Это значительно ниже, чем проекционная рентгенография, где съемку одной карточки со 100 семенами и более можно осуществить за 1-2 секунды (Архипов, Потрахов, 2008).

Поскольку изображение формируется за счет количества рентгеновского излучения, проходящего через семя, изображение представляет собой двумерную проекцию рентгеновского поглощения различных структур в трехмерном зерне между источником рентгеновского излучения и детектором. Следствием этого является то, что этого является то, что получаемое изображение очень сильно зависит как от ориентации, так и от распределения плотности внутри нее. Поэтому наилучшие изображения формируются при использовании относительно плоскими семенами, имеющими различия в плотности (и атомном составе) различных морфологических структур семени семян (Bruggink, Van Duijn, 2017).

Что касается программной обработки цифровых рентгеновских изображений семян, то в основном и используется денситометрический анализ с возможностью оценки различной степени невыполненности семян (Gomes-Junior at el., 2012; Pinheiro et al., 2022).

Более сложным является автоматический анализ скрытых дефектов семян по основным типам, в том числе, на основе их машинного распознавания. На данный момент попытки реализации этого подхода сделаны для распознавания скрытых дефектов семян зерновых (Белецкий и др., 2022) и некоторых овощных культур (Белецкий и др., 2022). Для выделенных

аномальных областей вычисляется ряд характеристик, таких как показатели яркостной резкости контура дефекта, величина падения яркости и ее дисперсия в области дефекта, коэффициент формы дефекта, а также ряд нетривиальных характеристик, относящихся к геометрии аномальной области и ее локализации внутри объекта (семени) (Желудков и др., 2016). Задача определения и классификации дефектов сводится к задаче классификации в пространстве данных признаков. Согласно численным экспериментам, данная задача может быть достаточно эффективно решена применением классификаторов байесовского типа и методов, основанных на технологии нейронных сетей (Желудков и др., 2016).

Последний из подходов, как и в случае анализа цифровых сканированных изображений, стал достаточно широко применяться в последнее время и для анализа цифровых рентгеновских изображений семян (Ahmed et al., 2020; De Medeiros et al., 2021).

Мы полагаем, что при обосновании выбора разновидности рентгенографического метода для исследований семенного материала: проекционной микрофокусной рентгенографии, либо компьютерной микротомографии правильно исходить из постановки задачи: какие показатели требуется исследовать, и какой размер партии семян требуется проанализировать. В нашем случае задачей рентгенографических исследований был анализ семян разных видов растений, а также сравнительно больших партий образцов семян (>100 штук) на предмет их скрытой дефектности. Поэтому нами был использован именно метод проекционной (2D) микрофокусной рентгенографии, с комбинацией визуального, автоматического и дифференцированного анализа цифровых рентгеновских изображений.

4.7.3. Физические принципы и методические основы метода электрофотографии

Метод электрофотографии (газоразрядной визуализации, ГРВ) позволяет регистрировать и количественно оценивать свечение, возникающее вблизи поверхности объекта (семени) при помещении его в электромагнитное поле высокой напряженности (Коротков, 2001). Принцип метода заключается в следующем (рис. 60):

Рисунок 60. Схематическое изображение прибора для исследования характеристик газоразрядного свечения: 1 - объект исследования (семя); 2 - плоский стеклянный электрод; 3 -газовый разряд; 4 - оптическое излучение; 5 - генератор; 6 - оптическая система; 7,8 -видеопреобразователь; 9 - компьютер; 10 - корпус; 11 - непрозрачная диэлектрическая пластина; 12 - металлический тест-объект; 13 - плоский электрод заземления

Между плоским стеклянным электродом 2, на котором размещается объект исследования 1 и плоским электродом заземления 13, на который устанавливается металлический тест-объект 12 подаются импульсы напряжения длительностью 10 мкс от высоковольтного генератора 5, который генерирует электромагнитное поле. При высокой напряженности поля в газовой среде пространства контакта объекта 1 и плоского стеклянного электрода 2 развивается лавинный и/или скользящий разряд, параметры которого определяются свойствами объекта. Свечение разряда с помощью оптической системы 6-8 преобразуется в видеосигналы, которые записываются в виде одиночных кадров (ВМР-файлов), каждый из которых представляет собой пространственно-распределенную группу участков свечения различной яркости в компьютере 9.

Установлено (Коротков, 2001), что большая часть спектра излучения газового разряда занимает область ближнего УФ диапазона (рис. 61).

Spectrum of Corona in Ar

(atmospheric pressure. E=20 kV, glass dielectric)

ULT iAVIOLET

1

О

u.

e:

О

л*А

—h—

800

500 400

300

200 150

Рисунок 61. Спектр газоразрядного свечения на примере пальцев рук человека (по Короткову, 2001).

В качестве основных информативных признаков, обуславливающие характеристики газоразрядных изображений биологических объектов, можно выделить (Коротков, 2001):

- Факторы, вызывающие изменение электрического поля в разрядном зазоре (например, неоднородность структуры поверхности или объема), так как при одинаковой концентрации инициирующих частиц с максимальной напряженностью электрического поля лавинные разряды возникают преимущественно и развиваются более интенсивно по сравнению с соседними областями;

- Пространственную или временную неоднородность эмиссионных свойств поверхности объекта, так как от них зависят как интенсивность разрядного акта, так и частота следования разрядов;

- Пространственную или временную неоднородность собственного газовыделения объекта, так как оно влияет на состав газовой среды в зазоре, а, следовательно, на интенсивность разряда и спектральный состав излучения;

- Неоднородность поверхности объекта по электропроводности или ее изменения во времени, так как от нее зависят интенсивность отдельных актов разряда и их частота следования;

- Общий импеданс электрической цепи, зависящий от постоянства прочих параметров от электрических свойств исследуемого объекта, его поверхности и объема (Коротков, 2001).

Таким образом, на характеристики газоразрядного свечения семян влияют:

- топология поверхности семени;

- влажность семени;

- электропроводность семени, обусловленная его структурной целостностью и скрытой дефектностью.

Метод электрофотографии показал, по результатам наших исследований, хорошую сходимость с рентгеновским методом, по крайней мере, в части выявления повреждений биогенного происхождения семян зерновых культур (пшеница, кукуруза) и невыполненности семян древесных лесных пород (ель европейская, сосна кедровая сибирская).

Опыты М. Cater, F. Batic, (1989) показали, что электрофотографический метод дает результаты, согласующиеся с биохимическим методом с использованием тетразола, и имеет определенные преимущества:

- метод может быть повторен на одних и тех же семенах, что дает возможность отслеживать изменение жизнеспособности семян в динамике;

- семена после прохождения теста остаются жизнеспособными, что позволяет проводить сравнительные испытания с другими методами;

- не требуется применения дорогостоящих химикатов;

- не требуется дополнительная обработка семян (например, замачивание и прогревание перед тестированием;

- фотографии получаются стабильными, а результаты - оперативными.

Несмотря на согласие с классическими тестами, разброс значений коэффициента жизнеспособности оказался слишком велик, и оказалось невозможным выделить факторы, вызывающие этот разброс. Поэтому, по мнению М. Cater, F. Batic, (1989), метод электрофотографии может быть использован только в сравнительных целях, а не как самостоятельный.

Мы полагаем, что метод электрофотографии является перспективным для исследования семян, но необходимы как дополнительные масштабные исследования, в том числе с целью верификации метода, так и доработка серийного аппарата «ГРВ Камера» в сторону специализации для работы с семенами: возможность съемки не одного семени за одну серию, а множества; создание контролируемых условий в газоразрядной камере (температура, влажность воздуха, атмосферное давление); установка более совершенной оптической системы расширенного спектрального диапазона.

Таким образом, нами было задействовано три метода (цифровое сканирование, микрофокусная рентгенография, электрофотография), которые основаны на различных физических принципах, и которые позволяют в комплексе получать независимую друг от друга

информацию о состоянии поверхности, внутренней неоднородности и скрытой дефектности семян. При этом комплексность исследований значительно расширяет спектр получаемой информации, предоставляет более полную, а потому более объективную оценку изучаемого образца. Такой подход, в конечном счете, позволяет исследователю принимать взвешенное, точное, а главное отражающее существо изучаемого вопроса, решение, что и было продемонстрировано в нашей работе.

213

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований была разработана методология комплексной неинвазивной экспресс-оценки качества семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений с использованием набора инструментальных физических методов, которая позволяет получать новые знания о структурных внешних и внутренних характеристиках формообразующих структур семени. Данный подход является актуальным, как с точки зрения фундаментальных исследований, т.к. позволяет судить о степени гармоничности развития формообразующих органов семени, так и в методическом плане, т.к. позволяет за короткий промежуток времени проводить не только качественную, но и количественную оценку разнокачественности семян и на основе проведенных анализов выявлять семена с высоким уровнем потенциальной продуктивности, отделяя их от семян с низким уровнем жизнеспособности.

В целом полученные результаты исследований характеристик поверхности семян на примере сельскохозяйственных растений (зерновые, зернобобовые, овощные, декоративные) позволили: количественно описать характеристики размера, формы и цветности семян, что дало возможность выявить их разнокачественность - как генетическую, так и экологическую. Так, например, было установлено, что одни и те же сортообразцы фасоли овощной, выращенные в разные годы и в разных эколого-географических зонах, имеют отличные друг от друга размер и форму.

Для пшеницы было показано, что семена, полученные в строго контролируемых условиях, имеют иные, по сравнению с полученными в полевых условиях, оптические и рентгенографические показатели. Для капустных культур установлено, что характеристики геометрии, формы, цветности, а также скрытой дефектности семян высокой и низкой потенциальной продуктивности достоверно различаются.

Показано, что рентгенографический метод исследования семян эффективен для выявления внутренней неоднородности и скрытой дефектности семян как сельскохозяйственных культур (зерновые, овощные, орехоплодные, плодовые), так и семян древесных лесных растений. С помощью микрофокусной рентгенографии, в сочетании с сопряженным визуальным и автоматическим анализом рентгенограмм семян, возможно выявлять скрытые дефекты различного типа происхождения, в частности, повреждения патогенной микрофлорой бактериальной этиологии, повреждения зерновыми клопами), трещиноватость, дефектность зародыша, а также невыполненность и недовыполненность семян.

Установлено, что данные дефекты оказывают влияние на посевные качества дополнительные ростовые показатели семян, что подтверждается результатами корреляционного анализа.

На примере семян яблони домашней (Malus domestica Borkh.) показано, что дифференцированный рентгенографический анализ отдельных структур и органов семени является важным инструментом для формирования его «параметрического паспорта».

Все полученные нами результаты фундаментального характера имеют выраженный прикладной аспект, а именно: учет скрытой поврежденности семян и степени их выраженности позволит разработать новые нормативные документы, отражающие допустимую долю скрытых дефектов, существенно влияющих на хозяйственную пригодность семян; и будут способствовать разработке технологических режимов уборки, сушки, сортировки, а также условий кратковременного и долговременного хранения семенного материала. Такой подход может рассматриваться и при обосновании показателей ценообразования при совершении торговых операций и агростраховании. Это делает в перспективе отрасль управляемого семеноводства вполне конкурентноспособной не только на отечественном, но и мировом рынке семян.

Данный подход на современном этапе развитии отечественного сельского хозяйства весьма актуален, поскольку в настоящее время в России создается единая Федеральная информационная система (ФИС), задача которой отследить жизненный цикл семян (зерна) от производства до выпуска в обращение. Федеральный закон о создании такой системы подписан Президентом РФ 30 декабря 2021 года.

Разработанная в настоящей работе методология комплексной неинвазивной экспресс-оценки качества семенного материала является актуальным структурным элементом ФИС, позволяющим минимизировать производственные и экологические риски, связанные с возможной реализацией семенного рынка фальсифицированной продукции, а также попытками реализовать явно некондиционные семена, имеющие высокий уровень скрытых дефектов и аномалий.

Таким образом, в работе представлены и обобщены результаты комплексных исследований по оценке разнокачественности и скрытой дефектности семян изученных нами сельскохозяйственных культур и древесных пород, что было сделано на основе использования набора инструментальных физических методов (цифровое сканирование, микрофокусная рентгенография, электрофотография). Приведены сравнительные характеристики всех трех использованных в работе методов неинвазивной оценки качества семян, а также обсуждены их достоинства и ограничения. Кроме того, установлены взаимосвязи скрытой дефектности семян и их посевных качеств, что имеет важное значение для экспресс-оценки хозяйственной пригодности семенного материала.

В целом все полученные в процессе выполнения данной работы результаты являются оригинальными и представляют интерес не только для фундаментальной, но и практической сельскохозяйственной науки, что, как мы полагаем, может найти свое применение в отечественной селекции и семеноводстве.

216 ВЫВОДЫ

1. Для оперативной проверки хозяйственной пригодности семенного материала, с использованием набора инструментальных физических методов (цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии, электрофотографии), разработаны научные и практические основы методологии комплексной неинвазивной экспресс-оценки разнокачественности и скрытой дефектности семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений;

2. Усовершенствованы технические и программные элементы методик цифрового сканирования, микрофокусной рентгенографии и электрофотографии, что позволило адаптировать эти методы для исследования разнообразных семян различных сельскохозяйственных культур и древесных лесных растений, а также осуществлять «каскадную» съемку одних и тех же образцов семян разными методами;

3. На основе усовершенствованной методики цифрового сканирования, в сочетании с компьютерным анализом изображений, впервые получены оригинальные экспериментально-систематизированные данные по выявлению и количественной оценке генетической, матрикальной и экологической разнокачественности семян исследованных сельскохозяйственных культур;

4. На основе усовершенствованной методики микрофокусной рентгенографии, в сочетании с визуальным и компьютерным анализом цифровых рентгеновских изображений, впервые получены оригинальные экспериментально-систематизированные данные по количественной оценке скрытой дефектности семян исследованных сельскохозяйственных культур и древесных лесных пород;

5. С использованием усовершенствованной методики электрофотографии, и последующим компьютерным анализом цифровых газоразрядных изображений, впервые получены оригинальные экспериментально-систематизированные данные по количественной оценке невыполненности семян древесных лесных пород и первичного скрининга скрытых дефектов биогенного происхождения семян зерновых культур;

6. Впервые установлены взаимосвязи характеристик разнокачественности и скрытой дефектности семян некоторых сельскохозяйственных культур и древесных лесных пород, исследованных с использованием инструментальных физических методов, с посевными качествами (энергия прорастания, всхожесть) семян, а также с дополнительными ростовыми показателями (длина корня и ростка).

7. Получены новые знания о структурных внешних и внутренних характеристиках формообразующих структур, описывающих скрытую неоднородность семян ряда зерновых, овощных, декоративных, плодовых, орехоплодных культур, а также семян некоторых древесных лесных пород.

8. Впервые предложена концепция «параметрического паспорта» семени, включающая, дополнительно к генетическому паспорту сорта информацию о морфометрических, рентгеновских, электрофизических и морфофизиологических показателях индивидуальных семян и партий семенного материала.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предлагается использовать методику цифрового сканирования семян, в сочетании с компьютерным анализом изображений, для экспресс-оценки и объективного описания количественных характеристик (размер, форма, цветность) разнокачественности семян, а также формирования «параметрических паспортов», для внедрения этих подходов в организациях, занимающихся селекцией и первичным семеноводством сельскохозяйственных растений.

2. Для проведения экспертиз качества семенного материала семян сельскохозяйственных культур и древесных лесных с целью выявления их скрытой дефектности рекомендуется использовать стандартизованную методику микрофокусной рентгенографии, описанную в ГОСТ Р 59603-2021 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы цифровой рентгенографии».

3. Для анализа малых партий семенного материала в качестве дополнительной неразрушающей методики оценки невыполненности семян древесных лесных пород, а также первичного скрининга скрытых дефектов биогенного происхождения (повреждение микрофлорой бактериальной этиологии семян, поврежденности зерновыми клопами) семян зерновых культур предлагается использовать метод электрофотографии, позволяющий получать дополнительную информацию о скрытой дефектности и жизнеспособности семян.

4. Полученные фундаментально-экспериментальные данные и накопленный фактический материал предлагается использовать в курсе лекций по дисциплинам «Семеноведение», «Цифровизация в защите растений», «Физико-химические методы в биотехнологии» и «Биофизика» высших и средних специальных учебных заведений.

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

1. Биологический вектор - расширение спектра изучаемых неинвазивными физическими методами хозяйственных групп семян и ботанических видов исследуемых растений. Неинвазивная экспресс-оценка качества семян в период послеуборочного дозревания семян, и процессы, происходящие в семенах на сверхранних этапах прорастания (до 1 суток).

2. Технический вектор - разработка программных средств, в том числе распознавания рентген-образов семян на основе систем искусственного интеллекта, разработка специализированного прибора для электрофотографии семян.

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящей диссертации использованы ссылки на следующие нормативные документы: ГОСТ 20290-74. Семена сельскохозяйственных культур. Определение посевных качеств семян. Термины и определения.

ГОСТ Р 59603-2021. Семена сельскохозяйственных культур. Методы цифровой рентгенографии.

ГОСТ 12045-97. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения заселенности вредителями.

ГОСТ 28666.1-90 (ИСО 6639/1-86). Зерновые и бобовые. Определение скрытой зараженности насекомыми. Часть 1. Общие положения.

ГОСТ 28666.4-90 (ИСО 6639/1-86-ИСО 6639/3-86, ИСО 6639/4-87). Зерновые и бобовые. Определение скрытой зараженности насекомыми. Часть 4. Ускоренные методы. ГОСТ Р 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества.

ГОСТ. 32592-2013. Семена овощных, бахчевых культур, кормовых корнеплодов и кормовой капусты. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. ГОСТ 12037-81. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения чистоты и отхода семян.

ГОСТ 30025-93. Семена эфиромасличных культур. Метод определения чистоты и отхода семян.

ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных. культур. методы определения всхожести.

ГОСТ 12039-82. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения жизнеспособности.

ГОСТ 12041-82. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения влажности. ГОСТ 12042-80. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения массы 1000 семян.

ГОСТ 22617.4-91. Семена свеклы. Методы определения массы 1000 семян и массы одной посевной единицы.

ГОСТ 12043-88. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения подлинности.

ГОСТ 12044-93. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения зараженности болезнями.

ГОСТ 30360-96. Семена эфиромасличных культур. Методы определения зараженности болезнями.

ГОСТ 12045-97. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения заселенности вредителями.

ГОСТ 30361-96. Семена эфиромасличных культур. Методы определения заселенности вредителями.

ГОСТ 22617.2-94. Семена сахарной свеклы. Методы определения всхожести, одноростковости и доброкачественности.

ГОСТ 28420-89. Карантин растений. Методы энтомологической экспертизы продуктов запаса.

ГОСТ 33538-2015. Защита растений. Методы выявления и учета поврежденных зерен злаковых культур клопами-черепашками.

ГОСТ 13056.4-67. Семена деревьев и кустарников. Методы определения веса 1000 семян. ГОСТ 13056.6-97. Семена деревьев и кустарников. Метод определения всхожести. ГОСТ 13056.7-93. Семена деревьев и кустарников. Методы определения жизнеспособности.

ГОСТ 13056.8-97. Семена деревьев и кустарников. Метод определения доброкачественности.

ГОСТ 12040-66. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения силы роста. ГОСТ 30168-95. Семена сахарной свеклы. Методы определения силы роста. ISTA Rules, 2022.

221

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамова, Г. Н. Влияние условий питания на лабораторную, полевую всхожесть и урожайные качества яровой пшеницы / Г. Н. Абрамова, Н. М. Жукова // В кн.: Биология и технология семян. Харьков, 1974. - С. 358-361.

2. Абрамова, З. В. Цветение, оплодотворение и формирование зерновки пшеницы в зависимости от сорта и условий произрастания: автореф. дис. ...д-ра с.-х. наук / Абрамова Зинаида Васильевна. - Л.; Пушкин, 1964. - 28 с.

3. Агибалов, А. В. 80 ц/га зерна озимой пшеницы - реальность / А. В. Агибалов, А. А. Агибалов, А. Я. Айдиев [и др.] - М., 2019. - 73 с.

4. Акулов, А. Ю. Анализ современных методов диагностики «черного зародыша» семян злаков. Генетические ресурсы культурных растений: проблемы мобилизации, инвентаризации, сохранения и изучения генофонда важнейших сельскохозяйственных культур для решения приоритетных задач селекции / А. Ю. Акулов, Д. В. Леонтьев. -СПб. : ВИР, 2001. - С. 193-195.

5. Алексеева, Д. И. Влияние повреждений, нанесенных клопом вредной черепашкой, на посевные качества семян пшеницы / Д. И. Алексеева, А. К. Виличко, Л. П. Великанов // Материалы VI междунар. науч. конф. «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 28-30 октября 2009 г.). - Минск : ИВЦ Минфина, 2009. - С. 10.

6. Алексейчук, Г. Н. Физиологическое качество семян и методы его оценки / Г. Н. Алексейчук, Н. А Ламан. - Минск : ИООО «Право и экономика», 2005. - 48 с.

7. Алексейчук, Г. Н. Сила роста семян зерновых культур и ее оценка методом ускоренного старения / Г. Н. Алексейчук - Минск : ИООО «Право и экономика», 2009. - 44 с.

8. Андросова, Д. Н. Жизнеспособность семян Iris laevigata и Iris sanguinea флоры Якутии / Д. Н. Андросова, К. Г. Ткаченко, Н. Е. Староверов Н.Е. [и др.] под общей ред. В. В. Чуба // Материалы IV Московского междунар. симпозиума по роду Ирис «Iris-2022», посвященного памяти В. С. Новикова (1940-2016) и С. Н. Локтева (1954-2017) (Москва, Ботанический сад биологического факультета МГУ, 14-17 июня 2022 г.) - М. : Издательство МГУ, 2022. - С. 85-89.

9. Аникеев, В. В. Биологическая природа критического периода к недостатку воды / В. В. Аникеев // Водный режим растений и продуктивность : сборник статей. - М.: Наука, 1968. - С. 53-57.

10. Анискин, В. И. Промышленное семеноводство. Справочник / В. И. Анискин, А. И. Батарчук, Б. А. Весна [и др.]. - М.: Колос, 1980. - 287 с.

11. Архипов, М. В. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве / М. В. Архипов, Д. И. Алексеева, Н. Ф. Батыгин [и др.]. - М.: РАСХН, 2001. - 102 с.

12. Архипов М. В. Оценка влияния внутренних дефектов семян зернобобовых и масличных культур на их посевные и урожайные качества / М. В. Архипов, Л. П. Гусакова, Л. П. Великанов [и др.] // Регулируемая агроэкосистема в растениеводстве и экофизиологии : сборник статей. СПб. : ПИЯФ РАН, 2007. - С. 355-366.

13. Архипов, М. В. Методика комплексной оценки биологической и хозяйственной пригодности семенного материала / М. В. Архипов, Л. П. Гусакова, Л. П. Великанов Л.П. [и др.]. - СПб: АФИ, 2013. - 52 с.

14. Архипов, М. В. Влияние различных доз минеральных удобрений на посевные качества семян и урожайные свойства дочернего поколения пшеницы / М. В. Архипов, Л. П. Гусакова, Е. В. Канаш // Известия СПб ГАУ. - 2017. - № 2 (47). - С. 63-69.

15. Архипов, М. В. Микрофокусная рентгенография растений / М. В. Архипов, Н. Н. Потрахов. - СПб. : ООО "Технолит", 2008. - 194 с.

16. Архипов, М. В. Повышение эффективности оперативного контроля при экспертной оценке качества зерна / М. В. Архипов // Таврический вестник аграрной науки. - 2021.-№ 2 (26). - С. 19-27.

17. Ацци, Дж. Сельскохозяйственная экология / Дж. Ацци. — М. : Иностранная литература, 1959. - 479 с.

18. Балеев, Д. Н. Биология формирования и прорастания семян укропа / Д. Н. Балеев, А. Ф. Бухаров // Овощи России. - 2008. - № (1-2). - С. 64-66.

19. Балеев, Д. Н. Анализ параметров разнокачественности семян укропа разной степени зрелости / Д. Н. Балеев, А. Ф. Бухаров, А. Р. Бухарова // Вестник Башкирского ГАУ. -2012. - № 2. - С. 5-7.

20. Балеев, Д. Н. Повреждение овощных зонтичных культур щитником полосатым (Graphosoma Lineatum L.) как фактор снижения продуктивности качества семян / Д. Н. Балеев, А. Ф. Бухаров, Р. А. Бухаров // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - № 10(120). - С. 19-25.

21. Балеев, Д. Н. Полосатый щитник - причина дегенерации семян овощных зонтичных культур / Д. Н. Балеев, А. Ф. Бухаров // Защита и карантин растений. - 2015. - № 8. - С. 26-29.

22. Баранова, Л. С. Влияние влажности семян пшеницы и ячменя на их физиологическое состояние при ускоренном старении / Л. С. Баранова, В. Н. Жукова // НТБ ВИР. - Л., 1985. - № 152. - С. 9-14.

23. Батыгин, Н. Ф. Онтогенез высших растений / Н. Ф. Батыгин. - М.: Агропромиздат, 1986.

- 100 с.

24. Батыгин, Н. Ф. Биологические основы предпосевной обработки семян и зоны ее эффективности / Н. Ф. Батыгин // Сельскохозяйственная биология. - 1980. - Т. 15, №4. -С. 495-504.

25. Безух, Е. П. Микрофокусная рентгенография в селекции и питомниководстве плодовых культур / Е. П. Безух, Н. Н. Потрахов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 67. - С. 18-22.

26. Безух, Е. П. Использование микрофокусной рентгенографии для оценки качества семян ягодных культур в их селекции / Е. П. Безух, С. Ф. Логинова, Н. Н. Потрахов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2019. - № 54.- С. 2025.

27. Белецкий, С. Л. Методология микрофокусной рентгенографии продовольственного зерна круп при хранении / С. Л. Белецкий, Н. Н. Потрахов, К. Б. Гурьева [и др.]. - 2-е изд., доп.

- М.: ДеЛи, 2023. - 124 с.

28. Беляков, М. В. Люминесцентный метод и оптико-электронные устройства экспресс-диагностики качества семян агрокультур : дис. ... д-ра биол. наук / Беляков Михаил Владимирович. - Смоленск, 2020. - 438 с.

29. Бессонов, В. Б. Особенности разработки программно-аппаратных комплексов для микрофокусной рентгеновской компьютерной томографии / В. Б. Бессонов, И. А. Ларионов, А. В. Ларионов // Физические основы приборостроения. - 2019. - Т. 8, № 4 (34). - С. 23-33.

30. Бессчетнов, В. П. Многомерная идентификация плюсовых деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в кластерном анализе по параметрам шишек / В. П. Бессчетнов, Н. Н. Бессчетнова // Известия Оренбургского аграрного университета. - № 3(35). - 2012. - С. 8-11.

31. Блинов, Н. Н. Рентгеновские диагностические аппараты: в 2 т. / Н. Н. Блинов, Б. И. Леонов. - М.: ВНИИИМТ, НПО «Экран», 2001. - Т. 2. - 140 с.

32. Бойко, Т. А. Фитопатогенные грибы - контаминанты семян лесных растений / Т. А. Бойко, И. О. Крылова, К. С. Люк // Актуальные проблемы лесного комплекса. - 2012. -№ 33. - С. 66-69.

33. Бойченко, А. П. Получение объемных газоразрядных изображений рептилий на примере ящерицы обыкновенной (Laceria agilis) / Бойченко А. П. // Теория и практика газоразрядной фотографии: сб. науч. тр. Кубан. гос. ун-та. - Краснодар, 2003. - Т.33. - С. 74-76.

34. Бондаренко, А. С. Основные направления исследований по селекции древесных пород в ХХ веке / А. С. Бондаренко // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. - 2014. - № 2. - С. 15-26.

35. Борисоник, З. Б. О некоторых возможностях улучшения посевных и урожайных качеств семян / З. Б. Борисоник // Научные вопросы семеноводства, семеноведения и контрольно-семенного дела. - Киев, 1962. - С. 139-146.

36. Бочковой, А. Д. Влияние репродукции, генетической структуры сорта и условий года выращивания на качество семян подсолнечника / А.Д. Бочковой, Е.А. Перетягин В.И. Хатнянский В.И. [и др.] // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. - 2017. -Вып. 2 (170). - С. 3-12.

37. Брагина, В. В. Изменение урожайных и посевных качеств семян сортов сои различных групп спелости в зависимости от уровня минерального питания в условиях Приморского края / В. В. Брагина, Н. С. Кочева, Е. Е. Кульдяева [и др.] // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2018. - № 8 (166). - С. 21-30.

38. Буадзе, О. А. Изучение влияния гербицида 2.4-Д на растительный организм с последующим защитным эффектом витамина В2 методом поверхностной газоразрядной визуализации (эффект Кирлиан) / О. А. Буадзе, К. Г. Коротков, П. А. Ратман // Сообщения АН ГССР. - 1989. - № 135 (1). - С. 193-196.

39. Булькевич, Т. Т. Формирование урожайности зерновых культур в зависимости от качества посевного материала и погодных условий : дис. ... канд. с.-х. наук / Булькевич Татьяна Тадьевна. - Курган, 2007. - 202 с.

40. Бундзен, П. В. Результаты и перспективы использования технологии квантовой биофизики в подготовке высококвалифицированных спортсменов / П. В. Бундзен, К. Г. Коротков, А. К. Короткова [и др.] // Теория и практика физической культуры. - 2003. -№ 3. - С. 26.

41. Бухаров, А.Ф. Разнокачественность семян: теория и практика (обзор) / А. Ф. Бухаров // Овощи России. - 2020. - № 2. - С. 23-31.

42. Бухаров, А. Ф. Кинетические параметры прорастания семян укропа в условиях градиента температур / А. Ф. Бухаров, Д. Н. Балеев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2022. - № 3 (209). - С. 17-23.

43. Бывших, Н. А. О биохимической и хозяйственной разнокачественности семян тыквы в пределах плода / Н. А. Бывших // Труды Плодоовощного института им. И.В.Мичурина. -1963. - № 15. - С. 123-132.

44. Васильев, А. Ю. Рентгенография с прямым многократным увеличением в клинической практике: монография / А. Ю. Васильев. - М.: ИПТК «Логос» ВОС, 1998. -148 с.

45. Велингтон, П. Методика оценки проростков семян / Пер. с англ. Н.Н. Каменской. Под ред. проф. Н.Г. Хорошайлова. - М.: Колос, 1973. - 175 с.

46. Веселова, Т. В. Количественное определение потери жизнеспособности семян сосны при разных способах хранения / Т. В. Веселова, В. А. Веселовский, Е. Р. Карташова // Физиология растений. - 1995. - Т. 42, № 4. - С. 616-621.

47. Виличко, А. К. Влияние энзимомикозного истощения (ЭМИС) на посевные и урожайные качества семян в зависимости от степени повреждения / А. К. Виличко, Д. И. Алексеева, Л. П. Великанов // Материалы VI междунар. науч. конф. «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 28-30 октября 2009 г.). - Минск : ИВЦ Минфина, 2009. - С. 27.

48. Вилкова, Н. А. Физиологические основы теории устойчивости растений к вредителям : автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук / Вилкова Нина Александровна. - Л.: 1980. - 48 с.

49. Вилкова, Н. А. Иммунитет растений к вредным организмам в решении проблемы оптимизации функционирования агроэкосистем / Н. А. Вилкова, Л. И. Нефедова // Информационный бюллетень ВПРС МОББ. - 2007. - № 38. - С. 60-64.

50. Виноградова, И. С. Применение магнитно-резонансной микротомографии для исследования внутреннего строения растений / И. С. Виноградова, О. В. Фалалеев // Сельскохозяйственная биология. - 2010. - № 3. - C. 118-124.

51. Вихрова, Е.А. Влияние пшеничного трипса (Haplothrips tritici Kurd.) и вредной черепашки (Eurygaster integriceps Put.) на технологические показатели зерна озимой пшеницы в лесостепи Самарской области / Е. А. Вихрова, Л. П. Федотова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - Т. 2, № 2. - С. 3135.

52. Войтенко, В. Ф. Разнокачественность семян и гетероспермия: о сущности понятий / В. Ф. Войтенко // Селекция и семеноводство. - 1991. - Т. 3. - С. 56- 59.

53. Волкович, А. П. Лесное семеноводство: тексты лекций для студентов специальности 175 01 01 «Лесное хозяйство» специализации 1-75 01 01 06 «Лесовосстановление и питомническое хозяйство» / А. П. Волкович. - Минск : БГТУ, 2014. - 107 с.

54. Волошина, Р. Ф. Влияние крупности семян на урожай сои / Р. Ф. Волошина // Вопросы растениеводства в Приамурье. Благовещенск. - 1973. - С. 77-79.

55. Высоцкая, К. А. Модификация способов оценки качества семян зерновых культур : автореф. дис. . канд. с.-х. наук / Высоцкая Клавдия Александровна. - Курган, 2008. - 18 с.

56. Вяткин, А. М. Семеноношение сосны обыкновенной в южной подзоне смешанных лесов (Кировская область) : дис. .. .канд. с.-х.наук / Вяткин Александр Михайлович. - Йошкар-Ола,1984. - 209 с.

57. Гагкаева, Т. Ю. Фузариоз зерновых культур / Т. Ю. Гагкаева, О. П. Гаврилова // Защита и карантин растений. - 2009. - № 12. - С. 13-15.

58. Гагкаева, Т. Ю. Зараженность зерна пшеницы грибами Fusarium и Alternaría на юге России в 2010 году / Т. Ю. Гагкаева, Ф. Б. Ганнибал, О. П. Гаврилова // Защита и карантин растений. - 2012. - № 1. - С. 37-41.

59. Галаян, А. Г. Степень травмируемости семян озимой твердой пшеницы с различным морфотипом зародыша при предпосевной обработке / А. Г. Галаян, А. В, Бондарев // Новые технологии. - 2022. - Т. 18, № 2. - С. 117-124.

60. Ганнибал, Ф. Б. Альтернариоз зерна - современный взгляд на проблему / Ф. Б. Ганнибал // Защита и карантин растений. - 2014. - № 6. - С. 11-15.

61. Гечу, В. Л. Влияние типов микроповреждений на посевные качества и урожайные свойства семян кукурузы / В. Л. Гечу, Н. А. Киндрук, Л. К. Сечняк // Селекция и семеноводство. - 1990. - № 2. - С. 46-48.

62. Гикало, Г. С. Разнокачественность семян на растении сладкого перца / Г. С. Гикало // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 1966. - № 38(1). - С. 130-135.

63. Гончаров, А. В. Овощеводство, плодоводство, виноградарство: учебное пособие / А. В. Гончаров, С. В. Акимова, М. Б. Панова. - М.: ФГБОУ ВО РГАЗУ, 2020. - 104 с.

64. Гриб, С. И. Семеноводство полевых культур / С. И. Гриб, М. Ф. Свиридов. - Минск: Ураджай, 1994. - 256 с.

65. Гриценко, В. В. Семеноведение полевых культур / В.В. Гриценко, З.М. Калошина. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Колос, 1984. - 272 с.

66. Гудакова, Г. З. Исследование характеристик газоразрядного свечения микробиологических культур / Г. З. Гудакова, В. А. Галынкин, К. Г. Коротков // Журнал прикладной спектроскопии. - 1988. - Т. 49, № 3. - C. 412-417.

67. Гудков, А. Н. Явление беззародышевости у пшеницы и его причины / А. Н. Гудков // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 1937. - Сер. 4, № 2. - С. 139-167.

68. Гуйда, В. Н. Сила роста семян как метод оценки качества семян / В. Н. Гуйда // Сельское хозяйство за рубежом. - 1978. - № 5. - С. 25-31.

69. Гулин, А. В. Оценка получения семян томатов в зависимости от сорта / А. В. Гулин, О. П. Кигашпаева, В. А. Мачулкина [и др.] // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2022. - № 2(66). - С. 96-101.

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

Гуляев, Г. В. Семеноводство зерновых культур / Г.В. Гуляев. - Пенза : Пенз. кн. изд-во, 1962. - 457 с.

Гуляев, Г. В. Селекция и семеноводство полевых культур / Г. В. Гуляев. - М. : Агропромиздат,1987. - 447 с.

Гуляев, Г. В. О научно-организационных основах современного семеноводства / Г. В.

Гуляев // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Семя». - Москва, 1999. - С. 63-64.

Гуляев, Г. В. Словарь терминов по генетике, цитологии, селекции, семеноводству и

семеноведению / Г. В. Гуляев, В. В. Малько. - М. : Россельхозиздат, 1975. - 215 с.

Гуревич, А. С. Предадаптация и её роль в жизни растений / А. С. Гуревич //

Интродукция, акклиматизация и культивация растений. - 1996. - С. 3-9.

Гуревич, А. С. Предадаптация и морфофизиологические процессы растений / А. С.

Гуревич. - Saarbrucken: Lambert Academic Publishing, - 2012. - 409 с.

Гусаков, В. Г. Организационно-технологические нормативы возделывания

сельскохозяйственных культур : сборник отраслевых регламентов / В. Г. Гусаков, Н. Ф.

Прокопенко, М. А. Кадыров [и др.]. Минск : Белорусская наука, 2005. - 462 с.

Гусакова, Л. П. Типы дефектов семян ячменя, выявляемые рентгенографическим

методом, и их агробиологическое значение / Л. П. Гусакова // Докл. РАСХН. - 2004. - №

6. - С. 15-17.

Гусакова, Л. П. Определение оптимальных условий формирования семян в многофакторном эксперименте /Л. П. Гусакова, Н. А. Лыкова // Зерновое хозяйство. -2004. - № 4. - С. 14-16.

Гусакова, Л. П. Рентгенографическая оценка внутренних дефектов семян кормовых трав / Л. П. Гусакова, М. В. Архипов // Доклады РАСХН. - 2008. - № 1. - С.17-19. Даммер, С. Комбайновая уборка: ни минуты простоя / С. Даммер, Й. Дегнер // Новое сельское хозяйство. - 2000. - № 2. - С. 34-37.

Двоенко, О. В. Снижение пожарной опасности при сушке и хранении зерна и семян / О. В. Двоенко, А. Н. Ченин // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2020. - № 3. - C. 26-32.

Джигадло, М. И. Использование эффекта Кирлиан в селекции плодовых растений (Методические рекомендации) / М. И. Джигадло, Е. Н. Джигадло. - Орел: ВНИИСПК, 2010. - 40 с.

Диндорого, В. Г. Разнокачественность семян яровой пшеницы, ее значение в сельскохозяйственной практике и новые способы исследований : автореф. дис. ...канд. с.-х. наук / Диндорого В. Г. - Харьков, 1970. - 20 с.

84. Дмитриев, А. П. Физические свойства семян пшеницы, пораженных фузариозом / А. П. Дмитриев, И. С. Лискер // Приложение к журналу «Вестник защиты растений» «Лаборатория микологии и фитопатологии им. А. А. Ячевского ВИЗР. История и современность». - СПб. - 2007. - С. 136-141.

85. Дунин, М. С. Физиолого-биохимические механизмы энзимо-микозного истощения семян (ЭМИС) пшеницы и некоторых других культур / М. С. Дунин, С. К. Темирбекова, Э.В. Попова [и др.] // Вестник сельскохозяйственной науки. - 1981. -№ 4. - С.70-78.

86. Дьяков, Ю. Т. Общая и сельскохозяйственная фитопатология / Ю. Т., Дьяков, О. Л. Озерецковская, В. Г. Джавахия [и др.]. - М. : Колос, 2001. - 302 с.

87. Елисеева, Л. В. Изучение разнокачественности семян сои / Л. В. Елисеева, О. Т. Кокуркина, Г. А. Мефодьев // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2-1. - С. 567.

88. Ерешко, А. С. Растениеводство. Курс лекций: учебное пособие / А. С. Ерешко, В. Б. Хронюк, Р. Г. Бершанский.- Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2023. - 250 с.

89. Ефимов, Н. М. Влияние метеорологических факторов и агротехнических приемов на урожай и качество зерна яровой пшеницы в Кулундинской степи Алтайского края : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Ефимов Николай Михайлович. - Омск, 1986. - 15 с.

90. Железняк, А. Г. Планшетный сканер как прибор для физических исследований / А. Г. Железняк, В. Г. Сидоров // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки.-2015. - № 2 (218). - С. 49-60.

91. Желудков, А. Г. Теоретические аспекты автоматизации рентгенографического метода анализа качества семян и товарного зерна злаковых культур / А. Г. Желудков, С. Л. Белецкий, Н. Н. Потрахов // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. - 2014. - № 2 (2). - С. 106-114.

92. Животков, Л. А. Использование морфофизиологического анализа при интенсивной технологии возделывания озимой пшеницы / Л. А. Животков. - Киев, 1987. - 48 с.

93. Животков, Л. А. Пшеница / Л. А. Животков, С. В. Бирюков, А. Я. Степаненко [и др.], под ред. Л. А. Животкова. - Киев : Урожай, 1989. - 320 с.

94. Журавлев, И. И. Приборы для фитопатологической экспертизы семян / И.И. Журавлев // Лесное хозяйство. - 1938. - № 4/10. - С. 38-41.

95. Журавлев, И. И. Практические указания по дезинфекции лесных семян и почвы / И.И. Журавлев.- Л.: ЛенНИИЛХ, 1947. - 25 с.

96. Жученко, А. А. Адаптивный потенциал культурных растений: эколого-генетические основы: монография / А. А. Жученко. - Кишинев: Штиинца, 1988. - 767 с.

97. Жученко, А. А. Адаптивное растениеводство (Эколого-генетические основы) / А. А. Жученко. - Кишинёв: Штиинца, 1990, - 432 с.

98. Жученко, А. А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства. Концепция / А. А. Жученко. - Пущино, 1994. - 174 с.

99. Жученко, А. А. Адаптивная система селекции растений. - М .: Агрорус, 2001. - Т. 1. -779 с.

100. Жученко, А. А. Экологическая генетика культурных растений и проблемы агросферы: (теория и практика): монография в 2 т. / А. А. Жученко. - Москва: Агрорус, 2004. - Т. 1.

- 688 с.

101. Жученко, А. А. Настоящее и будущее адаптивной системы селекции и семеноводства растений на основе идентификации и систематизации их генетических ресурсов / А. А. Жученко // Сельскохозяйственная биология. - 2012. - Т. 47.- № 5. - С. 3-19.

102. Заборовский, Е. П. Как повысить всхожесть семян лиственницы / Е.П. Заборовский. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1954. - 4 с.

103. Завалин, А. А. Формирование урожая и качество зерна ячменя и овса в зависимости от доз и сроков внесения азота / А. А. Завалин, В. И. Потапов // Агрохимия. - 1996. - № 11.

- С. 20-25.

104. Завалин, А. А. Влияние условий азотного питания на урожайность и качество зерна различных сортов яровой пшеницы / А. А. Завалин, А. В. Пасынков, Е. Н. Пасынкова // Агрохимия. - 2000. - № 7. - С. 27-34.

105. Зазимко, М. И. Состояние и перспективы использования агротехнических и других альтернативных приемов в защите колосовых культур / М. И. Зазимко, В. И. Долженко, В. А. Чулкина [и др.] // Материалы 2-й Всерос. научно-практ. конф. «Агротехнический метод в защите растений от вредных организмов», под ред. М.И. Зазимко. - Краснодар: КубГАУ, 2002. - С 5-10.

106. Закладной, Г. А. Сколько зерна пшеницы кушают насекомые / Г. А. Закладной // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. - 2017. - № 8 (8). - С. 160-166.

107. Зыкин, В. А. Сорта яровой мягкой пшеницы СибНИИСХ - гарантия устойчивости урожаев в засушливых условиях их возделывания / В. А. Зыкин // Состояние и перспективы семеноводства Российской Федерации в рамках реализации государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2009 годы: материалы Всерос. научно-практ. конф. - Курган: Зауралье, 2009. - С. 103-115.

108. Зюзин, М. И. Материалы к энтомологической экспертизе лесных семян / М. И. Зюзин // Болезни леса и меры борьбы с ними : сборник трудов. - Л.: Гослестехиздат, 1940. - С. 36-53.

109. Иванова, Н. В. Создание кормовых сортов ячменя - основа развития животноводства на Северо-Западе РФ / Н. В. Иванова // Материалы межрегиональной науч.-практ. конф. VI Кирилло-Мефодиевские чтения «Стабильное развитие агропромышленного комплекса российской экономики как основа продовольственной безопасности страны» (г. Луга, 28 мая 2009 г.). - Луга, - 2009. - Т. 2. - С. 102-106.

110. Иванцова, Е. А. Биоэкология клопа вредная черепашка (Eurygaster integriceps Put.) в условиях Нижнего Поволжья / Е. А. Иванцова // Вестник Волгоградского государственного университета. - 2013. -№ 2 (6). - С. 45-52.

111. Иващенко, В. Г. Некоторые аспекты этиологии и патогенеза чернозародышевости семян пшеницы / В. Г. Иващенко // Науч.-тех. бюлл. ВСГИ. - 1981. - Вып. 2(40). - С. 70-74.