Высокие технологии на пути достижения максимального качества: анализ семян с помощью компьютерного томографа

Высококачественный посевной материал является ключом к достижению наилучших урожаев. Одним из главных требований к семенам для роста высокоурожайного растения является наличие в нем здорового эмбриона (зародыша). Содержат ли семена здоровые эмбрионы, невозможно увидеть невооруженным глазом. Чтобы заглянуть в семена сахарной свеклы размером всего в несколько миллиметров, на помощь технологам KWS приходит 3D-компьютерный томограф.

Необходимость данной процедуры обусловлена неоднородностью семян сахарной свеклы. Небольшой процент составляют пустые семяна или семена, содержащие два эмбриона (близнецов), что является естественным следствием биологической вариации. Эти особенности невозможно определить, просто рассматривая бурые, звездообразные зерна размером 3–6 мм. Высев таких семян, скорее всего, привел бы к отсутствию всходов или прорастанию двух растений из одного семени, что в обоих случаях повлекло бы снижение урожая и является нежелательным результатом как для сельхозпроизводителя, так и для селекционера.

1 / 3

Так выглядит образец семян: в ходе анализа учитываются данные по каждому семени.
2 / 3

Одновременный анализ 60 образцов, состоящих из 18 000 семян.
3 / 3

Образцы помещают в сканер. Слева расположен детектор, справа – источник излучения.

Отдельный анализ каждой партии

Главной целью является, по возможности, получение одного сильного растения из каждого семени. Именно поэтому компания KWS затрачивает много времени и сил на отсортировку нежелательных семян. После проведения строгого отбора и получения всем известных дражированных семян оранжевого цвета остается менее 30% от первоначального количества семян. Для того, чтобы лучше контролировать процесс, каждая партия анализируется отдельно. Сотрудники лаборатории проводят оценку качества семян при помощи компьютерного томографа.

Специалист компании KWS Олаф Бринкманн открывает дверь в лабораторию, в которой размещено минимальное количество оборудования. Здесь установлен прибор размером около двух кубических метров, разработанный Обществом содействия прикладным исследованиям имени Фраунгофера. По всему миру для исследования семян используются всего несколько таких устройств. Внутри устройства расположены источник и детектор рентгеновского излучения, а между ними – небольшая электрическая поворотная платформа и робот-манипулятор.

1 / 3

3D-изображения семян сахарной свеклы в контейнерах под разным ракурсом.
2 / 3

Сбор данных для получения максимального качества: единовременный снимок 300 семян. Один из результатов взаимодействия оборудования и программного обеспечения.
3 / 3

Вероятно вы никогда не рассматривали семена сахарной свеклы с подобного ракурса: рентгеновское излучение позволяет увидеть их внутреннее строение.

Два снимка в секунду

Анализ репрезентативной выборки семян проводится в небольшом контейнере. На каждом лотке, помещаемом нашей коллегой Сильвией Леч в томограф, находится 60 контейнеров. При включении устройства запускается полностью автоматизированный процесс длительностью около шести часов. Каждые шесть минут робот-манипулятор ставит на поворотную платформу новый контейнер.

Дальнейшее вращение контейнера под рентгеновским излучением позволяет сгенерировать трехмерные изображения, причем скорость съемки составляет два снимка в секунду. Затем компьютерная программа объединяет все полученные снимки в одно 3D-изображение образца. Благодаря высокому разрешению изображений сотрудники лаборатории контроля качества и ее руководитель Себастиан Фёрстер имеют возможность детально изучить каждое семя в отдельности.

1 / 4

Для подготовки семян используются большие вибрационные сита. Качество их работы регулярно проверяется при помощи компьютерного томографа.
2 / 4

В итоге мы получаем готовое драже, внутри которого находится семя.
3 / 4

Затем семена упаковывают.
4 / 4

Так выглядит конечный результат: после отсева пустых семян и семян с двумя эмбрионами на грядках отсутствуют пустоты и растения-близнецы.

Полная объективность

Помимо прочего, алгоритм, специально разработанный для компании KWS, автоматически распознает и измеряет околоплодные слои, эмбрион и малые полости в каждом отдельном семени. Трехмерное изображение позволяет выявлять не только пустые семена, но и семена со сморщенными эмбрионами. Прибор способен работать без остановки, а его программный алгоритм всегда обеспечивает объективную оценку. Лаборатория контроля качества исследует более 3,9 миллионов семян за сезон и тем самым соблюдает один из ключевых для компании KWS принципов – производства лучших семян для сельскохозяйственных предприятий.

«После проведения анализа мы понимаем, требует ли партия дополнительной обработки, чтобы еще больше сократить долю близнецов или пустых семян. Сильная сморщенность эмбрионов – это тоже признак низкого качества семян, способный сказаться на их всхожести. «Мы отсеиваем такие семена, чтобы повысить качество», – говорит Себастиан Фёрстер.

Прогресс на благо селекционеров

Преимуществами компьютерного томографа, расположенного в штаб-квартире KWS в г. Айнбеке в федеральной земле Нижняя Саксония, также пользуются специалисты, работающие над селекцией новых сортов. «Нашим коллегам из отдела селекции тоже требуется измерять физические характеристики новых линий сахарной свеклы. Полученная информация используется при изучении новых сортов» – добавляет Фёрстер. Как показывает практика, между сортами сахарной свеклы могут быть существенные различия: одни сорта отличаются крайне низким выходом высококачественных семян, тогда как у других почти весь объем сразу готов к переработке во всем известные оранжевые драже от KWS.

Компьютерная программа объединяет многочисленные снимки в анимированное изображение исследуемого семени.