Инструментально-биофизический метод оценки качества семян зеленных овощных культур

Успешное производство овощной продукции связано с использова- нием высококачественных и однородных семян. Возможности новых сортов могут проявляться при использовании полноценных однородных семян. Разнокачественнность семян у представителей зеленных овощных культур выражена наиболее ярко: большинство видов перекрестноопыляемые, у многих из них растянут период плодоношения, поэтому зачастую семена не вызревают, а мелкие семена ряда видов также не располагают в пользу жизнеспособности [1]. Следовательно, внимание к оценке качества семян зеленных овощных культур должно быть повышенным. Стандартные методы оценки качества семян (ГОСТ 12038-84, ГОСТ 12036–85) хоть и выгодно отличаются своей категоричностью («живое» или «неживое»), но не несут никакой информации о причинах низкого качества семян [2, 3]. Современные инструментальные методы позволяют «заглянуть» во внутреннюю структуру семян и почерпнуть большую информацию об их качестве, отличаются быстротой исполнения, при этом семена не подвергаются к утилизации [4]. При совместной работе сотрудников ФГБНУ ФНЦО (ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур), Агрофизического НИИ и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета разработан метод микрофокусной мягколучевой рентгенографии семян овощных культур [5, 6]. Метод успешно был применен для широкого набора образцов более 25 видов овощных культур.

Материал и методы

Материалом для исследований явились разнокачественные семена различных видов зеленных и пряно-вкусовых овощных культур: мелиссы, майорана, спаржи, шпината и кресс-салата. Семена и растения изучаемых видов между собой отличаются как морфологически, так и биологически.

Рентгенографический анализ качества семян проведен согласно

а                                    б

Рис. 1. Макрофотосъемка семян: а – мелиссы; б – майорана.

Fig. 1. Macro photography of seeds: a – lemon balm (Melissa); b – marjoram.

абв  а    б   в

Рис. 2. Макрорентгеносъемка семян мелиссы (слева) и майорана (справа): а – полноценное; б – недовыполненное; в – невыполненное, пустотелое.

Fig. 2. Macro X-ray images of Melissa seeds (left) and marjoram (right): a – full; b – unfulfilled; c – unfulfilled, hollow.

«Методике рентгенографического анализа качества семян овощных культур» [7]. Техническими средствами для рентгенографических съемок явились: специализированная передвижная рентгенодиагностическая установка ПРДУ-02; специализированная установка – рентгеновский микроскоп РМ-01 [8].

Проращивание семян проводили на пластмассовых пластинках, выложенных фильтровальной бумагой, в термостате Sanyo MIR-162 с последующим досвечиванием 1-2 суток по ГОСТ 12038-84; ГОСТ 12036–85, затем фотографировали в день подсчета всхожести. Фотографирование семян и проростков проведено в фотолаборатории ВНИИССОК на профессиональном фотоаппарате CANON-5D c макрообъективом CANON-100 с разрешением 12-24 мегапикселей.

Результаты и обсуждение

Экспериментальным путем были подобраны разные режимы съемки для семян различных видов, исходя из их линейных размеров и плотности (табл. 1). От правильного подбора режимов съемки зависит качество и информативность рентгеновских снимков.

Макрорентгенсъемка семян мелиссы и майорана при их очень малых размерах (рис. 1, 2) показала высокую информативность снимков. Съемки проводили с 50-70 кратным увеличением. Представлены изображения семян мелиссы и майорана как полноценных, так и с характерными дефектами: недо-выполненность и невыполненность семядолей.

Выполненные полноценные семена имеют яркую светлую проекцию округлой или овальной формы (рис. 2, а). Зародыш выделяется светлым удлиненным образованием на фоне темной сквозной полоски, обнаруживающей естественную щель между семядолями. Недозрелые и недовыполненные семена на рентгенограммах выглядят многоячеистыми, где темные угловатые ячейки по краям и в середине семени обнаруживают глубокие вмятины и морщины

Таблица 1. Режимы рентгеновской съемки семян овощных культур Table 1. Modes of X-ray shooting of vegetable seeds

Вид, культура	Размер и форма семян	Напряжение, кВ	Сила тока, мкА	Экспозиция, сек.
Съемка на ПРДУ-2
Майоран, мелисса	Мелкие	18	90	5
Кресс-салат	Средние	20	100	3
Шпинат, спаржа	Выше среднего	22	120	3
Макросъемка на РМ-1
Майоран, мелисса	Мелкие	30	40	10
Кресс-салат	Средние	30	40	10
Шпинат, спаржа	Выше среднего	40	60	5

аб  в гд

Рис. 3. Рентгеновские изображения разнокачественных семян спаржи: а – полноценное; б – недозрелое; в – недовыполненное; г – невыполненное, д – поврежденное вредителями.

Fig. 3. X-ray images of variegated asparagus seeds:

a – full; б – immature; в – unfulfilled; г – unfulfilled, д – damaged by pests

в семядолях (рис. 2, б). Пустотелые семена выделяются светлым очертанием оболочки, внутри же видны только слабо-светлые тяжи усохших зачатков эндосперма и зародыша (рис. 2, в) [9, 10, 11].

Недостатки и дефекты внутренней структуры семян спаржи также четко

Рис. 4. Рентгенограмма семян шпината сорта Стоик.

Fig. 4. X-ray images of seeds of spinach varieties Stoik.

Рис. 5. Фотография проростков семян шпината сорта Стоик.

Fig. 5. Photo of seedlings of spinach seeds of Stoic variety.

определяются на их рентгеновских проекциях. Наиболее характерные их них приводятся на рисунке 3.

Обнаруженные дефекты и недостатки внутренней структуры семян далее были рассмотрены в связи с их посевными качествами. Была проведена рентгенографическая съемка семян шпината и кресс-салата и дана визуальная оценка их качества по рентгенограммам и результатам последующего их проращивания.

Неоднородность семян шпината, судя по их рентгеновским проекциям, заметна даже при беглом взгляде на рентгенограмму (рис. 4). Анализ рентгенограммы показывает четкую взаимосвязь выявленных недостатков внутреннего строения с их жизнеспособностью. Так, семена №7, 9, 30 и 34 характеризуются как невыполненные, №1, 3, 13 и 21 – как частично невыполненные, а семя №43 выглядит как поврежденное по сочетанию нерегулярных светлых и темных теней. Итого обнаружено 9 неполноценных семян. Результат их проращивания (рис. 5) показал: 33 семени проросли и сформировали нормальные ростки, 8 семян успели наклюнуться к моменту регистрации показателей, 9 семян вовсе не проросли.

В итоге, неполноценные семена с позиции рентгенографического анализа полностью совпали с нежизнеспособными семенами по результатам проращивания, как по количеству, так и по порядку.

По результатам анализа семян трех образцов шпината по десяти рентгенограммам каждого (500 шт.) определен их качественный состав (рис. 6). Рентгенографическая оценка проведена по степени выполненности семян. Данные рисунка 6 показывают, что доля нормальных (выполненных) по рентгеновским проекциям семян (красный столбик) почти совпадает с количеством проросших семян (синий столбик) по всем трем образцам шпината. Прочность этой связи статистически оценивается r=0,78.

Также были проанализированы семена кресс-салата, выращенные на юге России (Дербент). Визуальный анализ рентгенограмм семян показал специфическую «рисунчатость» их внутреннего строения (рис. 7б – рентгенограмма), что внешне совсем не заметно (рис. 7а – фотография). Выяснилось, что растения еще на стадии цветения и завязывания семян были повреждены цветоедом, и в результате были сформированы семена с указанными недостатками. На примере рисунков 7 и 8 можно констатировать пагубное влияние обнаруженных дефектов (повреждений) внутренней структуры семян на их всхожесть.

По итогам анализа восьми рентгенограмм (400 семян) проведена количественная оценка жизнеспособности семян кресс-салата. Основными рент-генпризнаками были обозначены нормальные, поврежденные и недозрелые семена. Сравнение рентгенографического анализа с результатами лабораторного проращивания показало: из 77% нормальных семян (согласно рент-генанализа) 71% сформировали всходы и 6% «наклюнулись». Невсхожими оказались все поврежденные (21%) и недозрелые (2%) семена (табл. 2, рис. 9). Коэффициент корреляции указанных дефектов со всхожестью семян соста-