Високі технології на шляху досягнення максимальної якості: аналіз насіння за допомогою комп’ютерного томографа

Високоякісний посівний матеріал є запорукою високого врожаю. Однією з головних вимог до насіння, щоб з нього виросла високоврожайна рослина, є наявність в нього здорового ембріону. Але з першого погляду визначити, чи містить насінина здоровий ембріон – не можливо. Щоб зазирнути в насінину цукрового буряка розміром лише в декілька міліметрів, на допомогу технологам KWS приходить 3D-комп’ютерний томограф.

Необхідність даної процедури обумовлена неоднорідністю насіння цукрового буряка. Невеликий відсоток складають пусті насінини, або насінини, які містять два ембріони (близнюків), що є природнім наслідком біологічної варіації. Ці особливості неможливо визначити, просто роздивляючись бурі, зіркоподібні насінини розміром 3-5 мм. Сівба такого насіння, швидше за все, привела б до відсутності сходів або проростанню двох рослин з однієї насінини, що в обох випадках спричинило б зниження урожайності та є небажаним результатом як для аграрія так і для селекціонера.

  • 1 / 3

    Так виглядає зразок насіння: в ході аналізу враховуються дані по кожній насінині.

  • 2 / 3

    Одночасний аналіз 60 зразків, які складаються з 18 тисяч насінин.

  • 3 / 3

    Зразки поміщають в сканер. Ліворуч розміщений детектор, праворуч – джерело випромінювання.

Окремий аналіз кожної партії

Основною метою є, за можливості, отримання однієї сильної рослини з кожної насінини. Саме тому компанія KWS витрачає багато часу та зусиль на відсортування небажаних насінин. Після проведення суворого відбору та отримання всім відомого дражованого насіння помаранчевого кольору лишається менше 30% від первісної кількості насіння. Для того, щоб краще контролювати процес, кожна партія аналізується окремо. Співробітники лабораторії проводять оцінку якості насіння за допомогою комп’ютерного томографа.

Фахівець компанії KWS Олаф Брінкманн відчиняє двері в лабораторію, де розташована мінімальна кількість обладнання. Тут встановлений прилад розміром близько двох кубічних метрів, розробленим Товариством сприяння прикладним дослідженням імені Фраунгофера. У всьому світі для дослідження насіння використовуються всього декілька таких приладів. Всередині приладу розташовані джерело та детектор рентгенівського випромінювання, а між ними – невелика електрична поворотна платформа та робот-маніпулятор.

  • 1 / 3

    3D-зображення насіння цукрового буряка в контейнерах.

  • 2 / 3

    Збір даних для отримання максимальної якості: одночасний знімок 300 насінин. Один з результатів взаємодії обладнання та програмного забезпечення.

  • 3 / 3

    Ймовірно ви ніколи не розглядали насіння цукрового буряка подібного ракурсу: рентгенівське випромінювання дозволяє побачити їх внутрішню будову.

Два знімки за секунду

Аналіз репрезентативної вибірки насіння проводився в невеликому контейнері. Кожна ятка, яку наша колега Сільвія Леч поміщає в томограф, містить 60 контейнерів. Після того, як прилад увімкнули, запускається повністю автоматизований процес, який триває близько шести годин. Кожні шість хвилин робот-маніпулятор ставить на поворотну платформу новий контейнер.

Подальше обертання контейнера під рентгенівським випромінюванням дозволяє створити тривимірне зображення, при чому швидкість зйомки складає два знімки в секунду. Потім комп’ютерна програма об’єднує всі отримані знімки в одне 3D-зображення зразка. Завдяки високій якості зображень співробітники лабораторії контролю якості та її керівник Себастіан Фьорстер мають можливість детально вивчити кожну насінину окремо.

  • 1 / 4

    Для підготування насіння використовуються великі вібраційні сита. Якість їхньої роботи регулярно перевіряється за допомогою комп’ютерного томографа.

  • 2 / 4

    В результаті ми отримуємо готове драже, всередині якого знаходиться насінина.

  • 3 / 4

    Потім насіння упаковують.

  • 4 / 4

    Так виглядає кінцевий результат: після висіву пустого насіння та насіння з двома ембріонами на грядках відсутні пустоти та рослини-близнюки.

Повна об’єктивність

Окрім усього іншого, алгоритм, спеціально розроблений для компанії KWS, автоматично розпізнає та вимірює навколоплідні шари, ембріон та малі порожнини в кожній окремій насінині. Тривимірне зображення дозволяє виявляти не тільки пусті насінини, але і насінини з морхлими ембріонами. Прилад здатний працювати без зупинки, а його програмний алгоритм завжди забезпечує об’єктивну оцінку. Лабораторія якості досліджує понад 3,9 мільйонів насінин за сезон і тим самим дотримується одного з принципів компанії KWS: виробництво насіння найвищої якості.

«Після проведення аналізу ми розуміємо, чи потребує партія додаткової обробки, щоб ще більше скоротити долю близнюків чи пустого насіння. Сильна морхлість ембріонів – це також ознака низької якості насіння, яка здатна відобразитися на їхній схожості. «Ми відсіюємо таке насіння, щоб підвищити якість», – каже Себастіан Фьорстер.

Прогрес для селекціонерів

Перевагами комп’ютерного томографа, розташованого в штаб-квартирі KWS в м. Айнбек, також користуються фахівці, які працюють над селекцією нових гібридів. «Нашим колегам з відділу селекції також необхідно вимірювати фізичні характеристики нових ліній цукрового буряку. Отримана інформація використовується при вивченні нових гібридів», – додає Фьорстер. Досвід показує, що між гібридами цукрового буряку можуть бути суттєві відмінності: одні гібриди відрізняється дуже низьким виходом високоякісного насіння, тоді як в інших майже все насіння готове до доробки у всім відоме помаранчеве драже KWS.

Комп’ютерна програма поєднує численні знімки в анімоване зображення насінини, яка досліджується.

Common icons/confirm-email