Спосіб визначення забарвлення сім’янок соняшнику

Реферат: Спосіб визначення забарвлення сім'янок соняшнику, що включає попередню візуальну оцінку забарвлення сім'янок та, за допомогою програми ImageJ, розподіл зразків за забарвленням на групи для подальшого використання в насінницькій і селекційній роботі, причому відібрані сім'янки позбавляють опушення механічним шляхом і за допомогою прямого сканування насіння та аналізу зображень за діапазонами інтенсивності чотирьох каналів, враховуючи наявність чи відсутність панцерного шару, використовуючи колірну модель RGB чисельно відображають візуальну оцінку сім'янок за забарвленням, числові показники кожного типу забарвлення складають у шкалу, за якою визначають належність лінії соняшнику до тієї чи іншої групи забарвлення сім'янок та ідентифікують лінії соняшнику. UA 107096 U (12) UA 107096 U UA 107096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сільського господарства та може бути використана в селекції і насінництві соняшнику. Соняшник належить до однієї з основних олійних культур в Україні і його насінництво досить розвинене. Це вимагає підвищеної уваги до вивчення ознак, які служать для підтримки генетичної чистоти матеріалу. Однією з таких ознак, яка відрізняється високою стабільністю і чіткістю в прояві, є забарвлення сім'янки. Різноманітність забарвлення насіння соняшнику визначається пігментами в епідермальному і гіподермальному шарах перикарпію сім'янки, а також наявністю або відсутністю панцирного (фітомеланінового) шару між гіподермою та склеренхімою [1, 2]. Накладення забарвлень шарів: епідермісу, гіподерми та панцирного шару створює певний тип забарвлення. Всі забарвлення гіподерми та наявність або відсутність панцирного шару проявляється більш менш однорідним забарвленням, в той час як епідерміс може бути смугастим, що обумовлює два типи забарвлення на одній сім'янці [5]. Існує кілька класифікацій насіння соняшнику за забарвленням. Так, Ф.С. Венцлавович виділяє десять типів забарвлення [3]. У уніфікованому класифікаторі СЕВ роду Helianthus L. вказують 7 типів забарвлення перикарпію [4]. Існуючі способи оцінки забарвлення сім'янок або базуються на візуальному описі, або вимагають використання складних і тривалих лабораторних методик. Так метод візуальної характеристики забарвлення сім'янок [5-7]. Недоліками цього методу є суб'єктивна оцінка фахівцями, залежність від якості освітлення і розбіжності між вченими при ідентифікації зразків. Відомий анатомічний метод оцінки забарвлення сім'янок який полягає в тривалій обробці матеріалу хімічними реактивами і потребує використання складного обладнання для отримання тонких зрізів [1,6]. Даний метод є тривалим і трудомістким, потребує відповідних навичок фахівців, не дає повною мірою оцінити пігментацію окремих шарів сім'янки. Задачею корисної моделі є підвищення точності ідентифікації ліній та гібридів соняшнику за забарвленням сім'янок, стандартизація визначення даної ознаки. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення забарвлення сім'янок, що включає попередню візуальну оцінку забарвлення сім'янок та, за допомогою програми ImageJ, розподіл зразків за забарвленням на групи для подальшого використання в насінницькій і селекційній роботі, згідно з корисною моделлю, відібрані сім'янки позбавляють опушення механічним шляхом і за допомогою прямого сканування насіння та аналізу зображень за діапазонами інтенсивності чотирьох каналів, враховуючи наявність чи відсутність панцерного шару, використовуючи колірну модель RGB, чисельно відображають візуальну оцінку сім'янок за забарвленням, числові показники кожного типу забарвлення складають у шкалу, за якою визначають належність лінії соняшнику до тієї чи іншої групи забарвлення сім'янок та ідентифікують лінії соняшнику. Спосіб здійснюють таким чином. Попередньо проводили візуальну оцінку забарвлення сім'янок, яка полягає в розподілі сім'янок на смугасті і несмугасті. Для аналізу відбирали по 10 сім'янок з кожного зразку, їх позбавляли опушення за допомогою тканини, розподіляли окремими рядами на склі сканера і сканували у режимі 600 dpi з глибиною кольору 48 біт. Збережені зображення у форматі jpg опрацьовували у програмі ImageJ з використанням функції "freehand". На зображеннях сім'янок виділяли типово забарвлені незасвічені ділянки, для котрих програма підраховувала інтенсивність забарвлення у трьох каналах RGB (Red, Green та Blue червоний, зелений та блакитний), а також у сірому діапазоні за формулою Gr=0,299R+0,587G+0,114В, яка є загальноприйнятою і відповідає сприйняттю людини базових кольорів у сірому спектрі. Для генотипів зі смугастими сім'янками окремо визначали показники RGB для темних та світлих ділянок. Після цього визначали середнє числове значення інтенсивності забарвлення для кожного каналу у межах генотипу. За отриманими числовими показниками забарвлень визначали, до якого з запропонованих класів за шкалою забарвлень належить зразок. В таблиці 1 представлена числова шкала забарвлень сім'янок соняшнику, за якою можна виділити 10 груп забарвлення. Константи RGB універсальні і використовуються для кодування зображень у комп'ютерній техніці не залежно від програмного забезпечення. Інформацію, закодовану у даних RGB, можна відтворити у будь-якій системі. Досліди щодо розподілу сім'янок по групах за шкалою забарвлень проводили в Інституті олійних культур НААН, використовуючи насіння урожаю 2013, 2014 років. 1 UA 107096 U Таблиця Діапазони інтенсивності забарвлення сім'янок соняшнику згідно з колірною моделлю R GB № групи 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 10 15 20 25 30 35 40 Забарвлення сім'янки Чорне Темно-коричневе Сіре Чорне з сірими смугами Чорне з білими смугами Чорне зі світлокоричневими смугами Чорне зі світло-сірими смугами Антоціанове Біле Світло-сіре темні світлі темні світлі темні світлі темні світлі Діапазони числових значень забарвлення Gr R G В 42,09-45,72 36,2-40,2 45,1-48,9 41,5-44,1 54,34-56,66 57,9-60,9 55,2-57,8 39,6-41,8 108,09-116,11 113,3-122,5 110-117,8 85,3-91,1 44,49-46,51 44,5-46,5 47,8-49,8 43,7-45,3 74,98-77,82 69,9-73,6 78,6-81,2 69,4-71,6 102,04-118,56 109,8-127,6 103,6-120,2 77,2-91 187,71-194,89 198,2-204,8 187,8-195,2 160,7-170,3 55,55-67,85 57,5-75,7 56,7-67,7 43,1-46,7 145,14-151,06 157,9-168,3 145,5-151,1 103,6-112 63,19-69,41 59,7-66,9 66,4-72,6 55,4-60,2 147,06-160,34 150,4-164,2 149,4-162,8 128-140,4 33,01-38,39 26,4-32,4 35,7-40,9 36,6-41,4 189,00-205,20 200,1-214,9 188,3-204,9 163,4-181,4 137,46-155,14 140,3-159,3 139,6-157,2 115,8-135,8 Для розробки шкали з 700 ліній генетичної колекції було відібрано за ознаками забарвлення насіння 120 зразків. Із 120 зразків вибирали по 10 сім'янок. Всі сім'янки були поділені на 10 груп забарвлень, які чисельно підтвердили візуальний розподіл зразків, і для яких були підраховані середнє значення і похибка. При аналізі даних встановлено, що інтенсивність певних діапазонів для різних забарвлень частково співпадає. Це обумовлено анатомічною структурою сім'янок, що підтверджує правильність візуального визначення їх забарвлення. Так, діапазони числового значення сірого, зеленого і синього каналів у темних ділянках сім'янок четвертої групи накладалися на відповідні діапазони першої групи, а значення RGB світлих ділянок на сім'янках п'ятої групи збігалися з показниками білих сім'янок. Світлі ділянки сім'янок сьомої групи співпадали з забарвленням світло-сірих сім'янок. Близькими за значенням забарвлень виявилися сім'янки шостої та сьомої групи, у яких будова оплодню дещо відрізняється. Тому при ідентифікації генотипів з даними забарвленнями слід враховувати наявність або відсутність панцирного шару в оплодні сім'янки, якій можна розпізнати шляхом зіскоблювання епідермісу, І, ґрунтуючись на комплексній оцінці, відносити генотип в ту чи іншу групу за забарвленням. Діапазони каналів інших груп не накладалися один на одний або співпадали лише в одному з каналів, що не мало суттєвої значимості. Порівняння показників каналів RGB за допомогою t-критерію Стьюдента встановило, що для відповідних генотипів 2013 і 2014 років забарвлення сім'янок стабільне в прояві і не залежить від факторів зовнішнього середовища. Робота була апробована на двох приладах (Epson V30 та Canon МР190), які показали однакові результати. Для підтвердження вірності розподілу генотипів за забарвленням вираховували коефіцієнт варіації, який характеризує однорідність вибірки. Керуючись отриманими статистичними даними, були встановлені діапазони середніх значень інтенсивності пікселів, за допомогою яких можна ідентифікувати генотипи з певним забарвленням. Таким чином, використання комп'ютерної обробки інтенсивності кольорів дало змогу чисельно виразити забарвлення сім'янок, а її поєднання з візуальною оцінкою дозволило розподілити генотипи на десять груп та запропонувати шкалу забарвлень сім'янок соняшнику. Використання запропонованого способу дасть змогу ідентифікувати генотипи соняшнику з певним забарвленням, стандартизувати визначення забарвлень сім'янок соняшнику, що полегшить вивчення успадкування даної ознаки. Джерела інформації: 1. Толмачёв В.В. Наследование различий в пигментации околоплодника и толщине панцирного слоя семянки подсолнечника / В.В. Толмачев, Т.А. Перестова // Науково- технічний, бюлетень Інституту олійних культур УААН - Запоріжжя. - 1997. - Вип. 2. - С. 60-75. 2 UA 107096 U 5 10 15 20 25 2. Pandey А. К., Dhakal Μ. R. Phytomelanin in Compositae // Current Science. - 2001. - Vol. 80, №.8, - P. 933-940 3. Венцлавович, Ф.С. Подсолнечник. Культурная флора СССР / Ф.С. Венцлавович // Масличные культуры - 1941 - Τ 7 - С. 380-436. 4. Широкий унифицированный классификатор СЭВ рода Helianthus L. [состав. А. Анашенко, В. Корнейчук, А. Врынчану, П. Варга.] - Л.: ВИР, 1987. - С. 25. 5. Mosjiidis L.A. Interitance of color in the pericarp and corolla of the disc florets in sunflower. Heredity. - 1982. - 7.1-P. 461-464. 6. Перестова Т.А. Формирование плода различных биотипов подсолнечника / Т.А. Перестова // Семеноведение и стандартизация масличных культур (сборник научных работ) Краснодар. - 1989. - С. 18-34. 7. Кириченко В.В., Петренкова В.П., Кривошеєва О.В. та ін. Ідентифікація морфологічних ознак соняшнику (Helianthus L.) - Харків. - 2007. - С. 78. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення забарвлення сім'янок соняшнику, що включає попередню візуальну оцінку забарвлення сім'янок та, за допомогою програми ImageJ, розподіл зразків за забарвленням на групи для подальшого використання в насінницькій і селекційній роботі, який відрізняється тим, що відібрані сім'янки позбавляють опушення механічним шляхом і за допомогою прямого сканування насіння та аналізу зображень за діапазонами інтенсивності чотирьох каналів, враховуючи наявність чи відсутність панцерного шару, використовуючи колірну модель RGB чисельно відображають візуальну оцінку сім'янок за забарвленням, числові показники кожного типу забарвлення складають у шкалу, за якою визначають належність лінії соняшнику до тієї чи іншої групи забарвлення сім'янок та ідентифікують лінії соняшнику. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3