PL209796B1 - Sposób określania zdolności kiełkowania nasion, zwłaszcza nasion roślin strączkowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania zdolności kiełkowania nasion.

Zdolność kiełkowania jest to procent siewek normalnych wyrosłych z nasion w optymalnych warunkach środowiska. Standardowa procedura oceny zdolności kiełkowania określona jest normą ISTA 1999 r. W przypadku roślin strączkowych czas kiełkowania wynosi zazwyczaj od 5 do 9 dni w stałej temperaturze z przedziału 20 - 30°C. W badaniu tym używa się zwykle 400 sztuk nasion odliczonych losowo z dobrze wymieszanych nasion czystych, stosując powtórzenia po 100 sztuk nasion. Jako podłoże stosuje się bibułę lub piasek. Efektem wielodniowego procesu pęcznienia jest rozwój siewki do etapu, w którym jednoznacznie można określić na podstawie elementów jej budowy, czy możliwy jest jej rozwój w pełną roślinę.

Według tego tradycyjnego sposobu określania zdolności kiełkowania nasion, czas oczekiwania na wykiełkowanie jest dość długi a to niekiedy utrudnia dokonanie właściwej oceny i selekcji materiału siewnego.

Z opisu patentowego US 4 788 427 znany jest pod tytułem „Detekcja zapłodnienia” sposób określania, czy jaja, nasiona i podobne, są zapłodnione. Dokonuje się tego przy użyciu aparatury termograficznej wyczuwającej podwyższoną temperaturę charakteryzującą zapłodnione jajo lub nasienie. Wynik może być przedstawiony wizualnie lub w postaci termografu lub przedstawiony termogramu na ekranie wyświetlacza. Ujawniony w opisie sposób polega na nasunięciu maszyny termograficznej posiadającej skaner nad badane jajo, wykonaniu wizualnego obrazu cieplnego tego jaja i porównaniu go z referencyjnym wzorem cieplnym charakterystycznym dla zapłodnionego jaja. Ujawniony w opisie sposób odnosi się zasadniczo do jaj drobiowych. Jaja te umieszczone na pasie transmisyjnym mogą się przesuwać w jednym lub wielu rzędach w polu widzenia skanera. Wizualnie, wskazanie stanu jaja jest dostarczone na ekranie wyświetlacza, włączając także krok usuwania niezapłodnionego jaja z systemu inkubacyjnego. Zgodnie z treścią zastrzeżenia ósmego, sposób może być użyty do wykrywania czy jaja są chore, co przeprowadza się podobnie jak wykrywanie stanu zapłodnionego jaja, z tym, że wynik tego badania porównuje się z referencyjnym wzorem cieplnym charakterystycznym dla chorego jaja.

W opisie podano, że wynalazek nie ogranicza się do jaj kurzych ale może być użyty z innymi aplikacjami jajczarskimi takimi jak problemy ochrony dzikich zwierząt, na przykład jajami kaczek, gęsi, łabędzi. Może być także wykorzystany do ochrony innych zagrożonych gatunków takich jak: jaj gadów i żółwi. W opisie jest także jedynie informacja, że wynalazek może być również wypróbowany z nasionami kiełkującymi pszenicy lub kukurydzy i stwierdzenie, że to ostatnie zastosowanie wymagało by, prawdopodobnie, użycia światła z zakresu bliskiej podczerwieni od 0,1 μm do 3 μm, podczas gdy jaja i embriony drobiowe wymagały zakresu od 3 μm do 12 μm.

Istotą wynalazku jest sposób określania zdolności kiełkowania nasion, zwłaszcza nasion roślin strączkowych, w którym przed rozpoczęciem pomiaru nasiona przechowuje się przez okres co najmniej 12 dni w ustabilizowanych warunkach zewnętrznych określonych wilgotnością względną powietrza 33% oraz temperaturą powietrza 5°C. Z materiału do przeprowadzenia testu zdolności kiełkowania wyklucza się nasiona o wyraźnych zewnętrznych uszkodzeniach mechanicznych oraz nasiona przerośnięte. Nasiona wybrane układa się na szalce Petriego wyłożonej podwójną warstwą bibuły filtracyjnej w odstępach nie mniejszych niż 1 cm i nie bliżej niż 1 cm od krawędzi szalki. Takie ułożenie jest konieczne, gdyż w trakcie procesu pęcznienia zwiększa się objętość nasion i nie można dopuścić aby stykały się nawzajem ich powierzchnie oraz aby nie miały kontaktu z powierzchnią boczną szalki Petriego. Pod bibułę filtracyjną, na której ułożone są nasiona, podkłada się sączek bawełniany połączony z drugą szalką Petriego wypełnioną wodą destylowaną o temperaturze 25°C. Umożliwia to ciągłe nawilżanie bibuły filtracyjnej przez cały czas trwania testu. Szalkę Petriego z nasionami przetrzymuje się w termostatowanym pomieszczeniu, w którym temperatura powietrza w bezpośrednim otoczeniu szalki wynosi 25°C a wilgotność względna powietrza 60%. Każde z tak ułożonych w szalce nasion poddaje się pomiarowi temperatury radiacyjnej powierzchni za pomocą urządzenia termograficznego w ciągu pierwszych 12 h, co 0,5 h a później co 2 h aż do upływu co najmniej pierwszej doby. Poszczególne obrazy sekwencji poddawane są analizie komputerowej. Wyodrębniane jest pole w kształcie okręgu obejmujące powierzchnię nasiona. Dla wszystkich pikseli takiego pola określana jest średnia wartość temperatury radiacyjnej stanowiąca podstawę dalszej analizy oraz dodatkowe statystyki, to znaczy wartości ekstremalne temperatury i standardowe odchylenie temperatury. Te statystyki wykonywane są dla wszystkich obrazów poszczególnych sekwencji. Z uzyskanych w trakcie pomiarów temperatury radiacyjnej - zobrazowań termalnych - sporządza się wykresy temperatury w czasie,

PL 209 796 B1 na podstawie których dokonuje się podziału nasion na posiadające zdolność kiełkowania, dla których spadek temperatury radiacyjnej powierzchni w początkowej fazie pęcznienia nasiona, nie przekraczającej 72 h, jest co najmniej dwukrotnie większy niż dla nasion nie posiadających tej zdolności.

Nasiona pęczniejące zmieniają swój kształt i pozycję geometryczną w zestawie pomiarowym w trakcie trwania testu dlatego ukł ada się je na siatce z wł ókna szklanego o gruboś ci nie wię kszej niż 0,7 mm i oczkach o powierzchni od 4 do 50 mm² nałożonej na górną powierzchnię podwójnej warstwy bibuły filtracyjnej. Urządzenie termograficzne zastosowane w sposobie posiada czułość detekcyjną

0,07°C przy temperaturze badanego obiektu 30°C i pracuje w zakresie od 8 do 13 μm. Ponadto, równolegle z rejestracją termograficzną, rejestruje się obrazy badanych nasion w świetle widzialnym. Ułatwia to precyzyjne określenie powtarzanych pól na poszczególnych obrazach termograficznych przy dalszej ich analizie. Obie kamery, termograficzną i rejestrującą w świetle widzialnym umieszcza się na wysokości 1,4 m pionowo nad badanymi nasionami. Przy takim ustawieniu cała powierzchnia szalki Petriego wraz ze wszystkimi znajdującymi się na niej nasionami jest w polu widzenia kamery.

Sposób według wynalazku umożliwia znaczne czasowe skrócenie procesu oceny materiału siewnego. Szczególnie przydatny jest w przypadkach rzadkich, cennych nasion i przy hodowli nowych odmian, kiedy to często nie dysponuje się wymaganą standardem badań liczebnością nasion.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia obraz termalny, obok którego z prawej strony zamieszczona jest skala temperatur z odpowiadającymi jej barwami przedstawionymi w skali szarości a fig. 2 obraz w świetle widzialnym przedstawiony w skali szarości dla nasion grochu. Fig. 3 przedstawia wykres zmian temperatury w funkcji czasu dla nasion grochu, które wykiełkowały a fig. 4 taki sam wykres dla nasion grochu, które nie wykiełkowały. Analogicznie jak dla grochu, fig. 5, fig. 6, fig. 7 i fig. 8 dotyczą nasion fasoli.

Przykład wykonania dotyczący nasion grochu.

Nasiona grochu przechowuje się przez 12 dni w pomieszczeniu, w którym występują stabilne warunki: wilgotność względna powietrza 33% oraz temperatura powietrza 5°C. Spośród tak przechowywanych nasion odrzuca się uszkodzone mechanicznie i przerośnięte a nie wykazujące takich wad układa się na szalce Petriego o średnicy 15 cm wyłożonej podwójną warstwą bibuły filtracyjnej w odstępach co 1 cm i w odległości 1 cm od krawędzi szalki. Na szalce ułożonych zostało 40 nasion. Pod bibułę filtracyjną, na której ułożone są nasiona podkłada się sączek bawełniany połączony z drugą szalką Petriego o średnicy 10 cm wypełnioną wodą destylowaną o temperaturze 25°C. Do mniejszej szalki dolewa się systematycznie wodę co powoduje ciągłe nawilżanie bibuły filtracyjnej przez cały czas trwania testu. Szalkę Petriego z nasionami przetrzymuje się w termostatowanym pomieszczeniu, w którym temperatura powietrza w bezpośrednim otoczeniu szalki wynosi 25°C a wilgotność względna powietrza 60%. Ułożone w szalce nasiona poddaje się pomiarowi temperatury radiacyjnej powierzchni - zobrazowaniu termalnemu - za pomocą urządzenia termograficznego w ciągu pierwszych 12 h, co 0,5 h a później co 2 h aż do upływu pierwszej doby. Z uzyskanych zobrazowań termalnych sporządza się dla każdego nasiona wykresy zmian temperatury w czasie, na podstawie których dokonuje się podziału nasion na posiadające zdolność kiełkowania, dla których spadek temperatury radiacyjnej powierzchni, w początkowej fazie pęcznienia nasiona wynoszącej 10 h jest co najmniej dwukrotnie większy niż dla nasion nie posiadających tej zdolności.

W oparciu o uzyskane wyniki pomiarów sporządzono wykresy zmian temperatury, które na fig. 3 dotyczą siedmiu nasion, które wykiełkowały a na fig. 4 dotyczą pięciu nasion, które nie wykiełkowały. Zmiany temperatury radiacyjnej nasion, które wykiełkowały wykazują, już po 720 min, spadek od zakresu 20,1 do 20,5°C do zakresu 19,1 do 19,4°C a więc około 1,1°C. Dla nasion, które nie wykiełkowały, spadek ten nie przekracza 0,5°C.

Jako urządzenie termograficzne zastosowano system do rejestracji i przetwarzania obrazów termograficznych i optycznych składający się z kamery AGEMA 880 LWB i kamery CCD. Interfejs i oprogramowanie tego systemu zostały opracowane w Instytucie Elektroniki Politechniki Łódzkiej. System posiada czułość detekcyjną 0,07°C przy temperaturze badanego obiektu 30°C i pracuje w zakresie od 8 do 13 μm. Równolegle z rejestracją termograficzną, rejestruje się obrazy badanych nasion w świetle widzialnym. Obie kamery, termograficzną i rejestrującą w świetle widzialnym, umieszcza się na wysokości 1,4 m pionowo nad badanymi nasionami.

Przykład wykonania dotyczący nasion fasoli.

Nasiona fasoli układa się na siatce z włókna szklanego nałożonej na podwójną warstwę bibuły filtracyjnej. Stosuje się siatkę o grubości 0,5 mm z oczkami około 5 x 5 mm, to jest powierzchni oczka 25 mm². Z powodu wielkości, na szalce ułożono 20 sztuk nasion. Pozostałe parametry i tok postępo4

PL 209 796 B1 wania jest identyczny jak dla nasion grochu. Zmiany temperatury radiacyjnej nasion fasoli, które wykiełkowały uwidocznione na wykresie na fig. 7 już po 4320 min wykazują spadek od zakresu 20,8 do 21,5°C do zakresu 18,1 do 19°C a więc około 2,5°C. Dla nasion, które nie wykiełkowały, spadek ten od zakresu 20,6°C do 21,3°C do zakresu od 20,3°C do 21°C nie przekracza 1°C.

Claims (3)

1. Sposób określania zdolności kiełkowania nasion, zwłaszcza nasion roślin strączkowych, w którym przed rozpoczęciem pomiaru nasiona przechowuje się przez okres co najmniej 12 dni w ustabilizowanych warunkach zewnętrznych określonych wilgotnością względną powietrza 33% oraz temperaturą powietrza 5°C, znamienny tym, że nasiona wybrane spośród tak przechowywanych układa się na szalce Petriego wyłożonej podwójną warstwą bibuły filtracyjnej w odstępach nie mniejszych niż 1 cm i nie bliż ej niż 1 cm od krawę dzi szalki a pod bibu łę filtracyjną , na której uł oż one są nasiona podkłada się sączek bawełniany połączony z drugą szalką Petriego wypełnioną wodą destylowaną o temperaturze 25°C co powoduje ciągłe nawilżanie bibuły filtracyjnej przez cały czas trwania testu a szalkę Petriego z nasionami przetrzymuje się w termostatowanym pomieszczeniu, w którym temperatura powietrza w bezpośrednim otoczeniu szalki wynosi 25°C a wilgotność względna powietrza 60% a każde z ułożonych w szalce nasion poddaje się pomiarowi temperatury radiacyjnej powierzchni za pomocą urządzenia termograficznego w ciągu pierwszych 12 h, co 0,5 h a później co 2 h aż do upływu co najmniej pierwszej doby a z uzyskanych zobrazowań termalnych sporządza się wykresy temperatury w czasie, na podstawie których dokonuje się podział u nasion na posiadają ce zdolność kieł kowania, dla których spadek temperatury radiacyjnej powierzchni w początkowej fazie pęcznienia nasiona, nie przekraczającej 72 h, jest co najmniej dwukrotnie większy niż dla nasion nie posiadających tej zdolności.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nasiona układa się na siatce z włókna szklanego o grubości nie większej niż 0,7 mm i oczkach o powierzchni od 4 do 50 mm² nałożonej na górną powierzchnię podwójnej warstwy bibuły filtracyjnej.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że urządzenie termograficzne posiada czułość detekcyjną 0,07°C przy temperaturze badanego obiektu 30°C i pracuje w zakresie od 8 do 13 μm a ponadto, równolegle z rejestracją termograficzną, rejestruje się obrazy badanych nasion w świetle widzialnym, przy czym obie kamery, termograficzną i rejestrującą w świetle widzialnym, umieszcza się na wysokości 1,4 m pionowo nad badanymi nasionami.