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ANÁLISE DE IMAGENS EM TECNOLOGIA DE SEMENTES

Francisco Guilhien Gomes JuniorDepto de Produção VegetalUSP/ESALQ

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Escola Superior de Agricultura“Luiz de Queiroz”

Disciplina: Produção de Sementes (LPV-5705)Pós-graduação - FitotecniaPrimeiro Semestre de 2013

A análise de imagens em Tecnologia de Sementes

Princípios:

Métodos não destrutivos.

Análises automatizadas e assistidas por computador.

Aplicações:

Estudos de germinação de sementes.Classificação e aprimoramento da qualidade de lotes de sementes (com base em característicasfísicas e morfológicas das sementes).Identificação de injúrias internas nas sementes.Identificação de sementes mal formadas.Estudos de maturação e secagem de sementes.Avaliação do vigor de sementes.

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TESTE DE RAIOS X

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Características dos raios X

PRINCÍPIO

Fonte: Google

DESCOBERTA

Físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923);

8 de novembro de 1895: primeira chapa de raios X.

O TESTE DE RAIOS X:interpretação

Trinca 3Trinca 1

Trinca 2

Radícula

Plúmula

Raízes seminais

ISTA (2003) e RAS (2009)Recomendado com a finalidade básica de detectar sementes cheias, vazias, com injúrias mecânicas ou atacadas por insetos 

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1 mm

O TESTE DE RAIOS X:interpretação

Crotalaria juncea L.

radícula

hipocótilo

plúmula

cotilédones

tegumento

Fatores que determinam a potencialidade dautilização de raios X em sementes

A pequena dose de radiação usada durante o teste NÃOexerce influência negativa sobre a germinação. NÃO inviabiliza a semente: relações de causas e efeitos.

CAUSA EFEITO

Radiografia de semente de milho doce

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FATORES QUE AFETAM O NÍVEL DE ABSORÇÃO DOS RAIOS X PELA SEMENTEComposição da semente

Proteínas, carboidratos e lipídios => diferentes graus de hidrofobicidade

O teor de água da semente influencia a densidade óptica

Espessura e densidade dos tecidosComprimento de onda da radiação ionizante

Raios X de menor comprimento de onda => maior poder de penetração

35% de água 15% de água

Sementes de pimentão

Gagliardi e Marcos Filho (2011)Visualização mais nítida das partes componentes de sementes de pimentão: 12% de água

Tucumã (Astrocaryum aculeatum)

EQUIPAMENTOS DE RAIOS X

COM REVELAÇÃO DIGITAL

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Etapa 1: obtenção da radiografia da semente.

Equipamento de raios X Reveladora

Etapa 2: digitalização da imagem radiográfica da semente.

Raios X com revelação

Faxitron X-Ray MX-20 USP/ESALQ

Hope X-Ray 319 MicromaxUSP/ESALQ

Etapa 3: análise da imagem radiográfica dasemente na tela do computador.

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Raios X digital

Foto: Francisco G. Gomes JuniorUSP/ESALQ

A semente é radiografada e a imagem é automaticamente gerada na tela do computador.

Radiografia - Digital

Radiografias de semente de milho doce

Radiografia - Com revelação

Fotos: Francisco G. Gomes Junior

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Detecção de anormalidades em embriões. Determinação do estádio de desenvolvimento das sementes. Estudos de alterações fisiológicas durante osprocessos de maturação, secagem, germinação oucondicionamento fisiológico. Identificação de injúrias mecânicas, injúrias causadas por insetos ou injúrias decorrentes de outros fatores adversos em pré e pós-colheita. Seleção de sementes cheias.

Finalidades da utilização do teste de raios X em Tecnologia de Sementes

Embriãodeformado PA

Embrião com pequeno defeito

PA

PNEmbrião sem

defeito

Socolowski e Cicero (2008)

Tecoma stans

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Germinação (%)

Morfologia interna de sementes de ipê

Oliveira et al. (2004)

Lombardo e McCarthy (2009)

Quercus rubra L.Efeito da predação sobre a germinação e desempenho das plântulas

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Cicero e Banzatto Junior (2003)

Vista ventral Vista dorsal Raios X

Plântula anormal

Injúrias mecânicas em semente de milho

Raiz seminal

Raiz primária

Injúrias mecânicas em semente de milho doce

Gomes Junior (2009)

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Fonte: Menezes et al. (2005)Semente de arroz: secagem a 50o C

Injúrias causadas por secagem em semente de arroz

Plântula anormal

Raios X

Pinto (2006)

Injúrias mecânicas em semente de soja

Injúrias mecânicas no eixo embrionário

Plântula anormal

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Injúrias por “umidade” em sementes de soja

Forti (2010)

Injúrias não severas no eixo embrionário

Injúrias não severas na regiãodos cotilédones

Plâ

ntul

ano

rmal

Injúrias severas no eixoembrionário

Injúrias severas no eixoembrionário

Injúriasseveras naregião dos cotilédones

Injúrias severas na regiãodos cotilédones

Plâ

ntul

aan

orm

al

Sem

ente

mor

ta

Danos causados por caruncho em sementes de feijão-caupi

Melo et al. (2010)

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Brancalion et al. (2011)

Danos causados por larva de insetos em semente de palmeira

Tomografiacomputadorizada de

raios X em semente de Syagrus flexuosa

(Coco do Vaquiero)

Stuppy e Dransfield (2002)

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AVALIAÇÃO DA MORFOLOGIA INTERNA DE SEMENTES POR DENSITOMETRIA DE RAIOS X

1 cm

4 cm

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Den

sida

de (g

.cm

-3)

Comprimento (cm)

654321

EspécieMassa

da sem. (g)

Densidade média

(g.cm-3)

Área do embrião

(%)

Abóbora 4 dias 8 dias

S1 0,2007 0,97 55,4 12,2 48,7 (N)S2 0,2328 1,13 62,5 5,8 36,5 (N)S3 0,1863 0,85 52,2 8,8 44,6 (N)S4 0,073 0,38 18,4 0 0,3 (A)S5 0,2031 0,96 58,3 5,1 41,6 (N)S6 0,0796 0,43 44,1 0,9 0,9 (A)

Comprimento da plântula

(cm)

Gomes Junior et al. (2012)

ABÓBORA

Janela de análise indicando operfil de densidade de umasemente de abóbora

Gomes Junior et al. (2012)

0

0,4

0,8

1,2

1,6

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

De

ns

ida

de (

g.c

m-3

)

Comprimento (cm)

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

MELÃO

MELANCIA

EspécieMassa

da sem. (g)

Densidade média

(g.cm-3)

Área do embrião

(%)

Melão 4 dias 8 dias

S4 0,0423 0,57 59,7 10,4 21,7 (N)S9 0,0152 0,16 0 0 0Melancia 5 dias 10 dias

S2 0,0616 0,72 67,9 21 33,7 (N)S4 0,0365 0,46 67 0 0S6 0,0392 0,48 54,1 17,3 23,2 (N)

Comprimento da plântula

(cm)

AVALIAÇÃO DA MORFOLOGIA INTERNA DE SEMENTES POR DENSITOMETRIA DE RAIOS X

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PROCEDIMENTOS COMPUTADORIZADOS

PARA A DETERMINAÇÃO DE VARIAÇÕES NA MORFOLOGIA INTERNA DE SEMENTES ASSOCIADAS COM A GERMINAÇÃO

80% 83% 85%67% 77%73%

Variações na área embrionária identificadas em lote comercial de sementes de alface

Imagem: Francisco G. Gomes Junior

Aumento da área ocupada pelo embrião

EFEITOS SOBRE O DESEMPENHO DAS PLÂNTULAS?

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AVALIAÇÃO AUTOMATIZADA DA ÁREA EMBRIONÁRIA OU DO ESPAÇO INTERNO LIVRE EM SEMENTES

TOMATO ANALYZER IMAGE-PRO® PLUS

Tomato Analyzer

(TA)

Brewer et al. (2008)

Utilização do TA na pesquisade Tecnologia de Sementes

Primeiro trabalho de pesquisa utilizando o TA: “Software tomatoanalyzer para a determinação do tamanho do embrião em sementes radiografadas” (Marcos Filho et al., 2010).

“Pericarp Area” = 0,14Área do embrião = 86%

“Pericarp Area” = 0,43Área do embrião = 57%

“Pericarp Area” = 0,59Área do embrião = 41%

Radiografias de sementes de algodão analisadas pelo TA

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Imagem processadae analisada

Imagem radiográficaoriginal

Espaço livre interno = 0,05916 mm2

Xylopia aromatica(anonaceae)

Espaço livre internototal = 1,2807570 mm2

IMAGE-PRO® PLUS

Imagem: Fábio Socolowski

1 mm

IMAGE-PRO® PLUS

Dell’ Aquila (2007)

Sementes de pimentão

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Avaliação automatizada do vigor de sementes

Década de 1990 - técnicas de análise de imagens foramdesenvolvidas para a avaliação do vigor de sementes de alface (McCormac et al., 1990; Howarth e Stanwood, 1993b), de cenoura (McCormac et al., 1990) e de sorgo (Howarth e Stanwood, 1993b).

Processamento digital das cores de imagens com diferentespadrões de coloração de tetrazólio – avaliação do vigor de sementes de milho (Howarth e Stanwood, 1993a)

Utilização de escaner para aquisição de imagens de sementes e plântulas e posterior análise computadorizada(Geneve e Kester, 2001; Sako et al., 2001).

SEED VIGOR IMAGING SYSTEM ®(SVIS) PARA AVALIAÇÃO DO VIGOR DE SEMENTES DE ALFACE (Sako et al., 2001).

SVIS®

Processamento computadorizado de imagens escaneadas de plântulas, gerando valores numéricos que representam, coletivamente, o potencial fisiológico do lote de sementes(índice de vigor).

Índice de vigor (IV): parâmetros estatísticos obtidos a partir de características morfológicas das plântulas.

comprimento do hipocótilo e da raiz primária.desvio padrão do comprimento do hipocótilo, da raizprimária e total.comprimento da raiz primária em relação aocomprimento do hipocótilo.

IV = PESOc x C + PESOu x U

C = crescimento (índice de 0 a 1000)U = uniformidade de crescimento (índice de 0 a 1000)IV = índice de 0 a 1000

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Plântulas de alface

Hipocótilo

Raiz primária

SVIS ® – sementes de alface

Fotos: Miller B. McDonald

Baalbaki et al. (2009)

Foto: Miller B. McDonald

SVIS® – Ohio, EUA

Aquisição das imagens de plântulas de soja

Baalbaki et al. (2009)

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SVIS® – USP/ESALQAquisição das imagens de plântulas de soja

Fotos: Francisco G. Gomes JuniorImagem escaneada na tela do computador e pronta para ser

analisada pelo SVIS®

Os valores do índice de vigor são baseados na rapidez e uniformidade de desenvolvimento das plântulas da amostra, em relação ao máximo valor possível para plântulas de soja com 3 dias de idade, parâmetros estabelecidos na programação do software.

A uniformidade é estabelecida em função do desvio em relação ao desenvolvimento padrão de plântulas com 3 dias de idade, programado no software.

Plântulas de soja analisadas pelo SVIS®

84,58mmÍndice de vigorMarcos Filho et al. (2009)

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SVIS® - índices de vigor para soja(plântulas com três dias de idade)

Proposta da Ohio Seed Improvement Association

Alto vigor: > 500Vigor médio: 200 - 500Baixo vigor: < 200

Proposta da Ohio State University

Vigor excepcional: 800 - 1000Alto vigor: 600 - 799Bom vigor: 400 - 599Baixo vigor: 200 - 399Grãos: < 200

Imagem: Francisco G. Gomes Junior

Análise SVIS®

Plântulas de arroz Quatro dias de idade

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Cuidados e limitações na utilização do SVIS®

A temperatura no germinador não pode oscilar durante o período de germinação.

Parâmetros

SVIS

Temperatura °C

Milho Soja

24 °C 25 °C 26 °C 24 °C 25 °C 26 °C

Crescimento 531 B 459 B 734 A 612 B 573 B 731 A

Uniformidade 832 B 861 A 859 A 867 A 872 A 870 A

Vigor 621 B 579 B 765 A 739 B 722 B 800 A

 

Deve-se atentar para a uniformidade de umedecimento do substrato. Para que se possa fazer comparações entre lotes, as imagens devem ser escaneadas considerando o mesmo períodode germinação para cada lote. Inapropriado para a avaliação de lotes com sementesdormentes. Inviável quando o objetivo for comparar cultivares quenaturalmente apresentem diferentes taxas de crescimento.

Otoni e McDonald et al. (2005)

Finalidades da utilização do SVIS®

em Tecnologia de Sementes

Avaliação do vigor das sementes para determinar o potencial de desempenho das plântulas em campo e o estabelecimento do estande.

Auxiliar os melhoristas na seleção de genótipos com rápida emergência de plântulas ou com tolerância à secaou temperaturas altas.

Monitoramento do desempenho de lotes de sementesao longo do armazenamento.

Avaliar a eficiência do tratamento fungicida, dapeletização e do condicionamento fisiológico de sementes.

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Lotes Germ. (%) PCG (%) EAT 48h (%) EASS 72h (%) EP (%)

1 93 AB* 91 A 86 A 92 A 90 A

2 87 B 76 B 77B 84 B 95 A

3 94 AB 92 A 85 A 94 A 94 A

4 97 A 94 A 86 A 94 A 90 A

5 91 AB 89 AB 83 AB 92 A 95 A

C.V. (%) 5,5 6,3 3,6 3,3 9,1

LotesSVIS(IV)

SVIS(IU)

SVISCP (mm)

1 968 A 897 A 105 A

2 971 A 902 A 77 C

3 974 A 913 A 107 A

4 972 A 909 A 89 BC

5 970 A 903 A 96 AB

C.V. (%) 2,3 2,1 6,3

Avaliação do vigor de sementes de soja: SVIS® X métodos tradicionais

Marcos Filho et al. (2009)* Médias seguidas pela mesma letra dentro de cada coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (p≤ 0,05)

Cultivar Nitro

* Médias seguidas pela mesma letra dentro de cada coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (p≤ 0,05)

Marcos Filho et al. (2006)

Avaliação do vigor de sementes de melão:SVIS® X métodos tradicionais

Lote Germ.(%) PCG (%) EASS (%) EP (%) IV IU

6 99 a* 96 a 97 a 99 a 902 ab 922 ab

7 88 b 80 b 77 b 92 b 752 c 882 c

8 99 a 97 a 97 a 100 a 918 a 907 bc

9 99 a 96 a 98 a 100 a 883 ab 934 a

10 99 a 93 a 95 a 95 a 861 b 921 ab

C.V. (%) 5,5 5,5 6,0 5,3 3,6 2,9

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LoteG PCG EA EPA VEP CE

----------------------------- % ------------------------------ (índice) µS.cm-1.g-1

1 80 b* 60 c 44 b 79 ab 5,5 bc 86,3 c

2 85 ab 73 b 44 b 84 ab 5,8 b 85,7 bc

3 80 b 54 c 22 c 65 b 4,2 c 77,8 ab

4 96 a 83 a 85 a 93 a 7,5 a 72,6 a

5 96 a 93 a 89 a 94 a 7,6 a 72,8 a

C.V. (%) 7,1 6,4 9,5 11,9 10,1 4,8

Lote CP (cm) C UIV

30:70 40:60 50:50 60:40 70:30

1 4,4 c* 433 b 915 b 771 b 723 b 675 b 626 b 578 b

2 4,5 c 440 b 913 b 771 b 724 b 677 b 629 b 582 b

3 3,1 d 306 c 917 b 734 c 672 c 612 c 550 c 489 c

4 8,6 b 852 a 945 a 917 a 908 a 899 a 889 a 880 a

5 9,4 a 920 a 933 ab 929 a 927 a 927 a 925 a 924 a

Média 6,0 590 924 824 791 758 724 690

CV (%) 5,6 5,6 1,4 1,4 1,7 2,1 2,7 3,2

Avaliação do vigor de sementes de feijão:SVIS® X métodos tradicionais

Gomes Junior et al. (submetido)* Médias seguidas pela mesma letra dentro de cada coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (p≤ 0,05)

Vantagens do SVIS® em relação aostestes tradicionais Os resultados são obtidos com maior rapidez em relaçãoaos testes de germinação, de envelhecimento acelerado e de frio. Os resultados são gerados por programacomputadorizado, eliminando os erros de intrepretaçãohumana. Possibilita o arquivamento das imagens das plântulasapós a germinação, que é mais vantajoso em relação aoarquivamento de dados numéricos. É um método direto para avaliação do vigor poisdetermina o desempenho das plântulas.

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Eficiência comprovada do SVIS®

para avaliação do vigor de sementesAlface - Sako et al. (2001)

Soja - Hoffmaster et al. (2003); Marcos Filho et al. (2009)

Milho - Otoni e McDonald (2005)

Milho doce - Gomes Junior et al. (2009); Alvarenga et al. (2012)

Melão - Marcos Filho et al. (2006)

Crotalária - C.B. Silva et al. (2012)

Pepino - Chiquito et al. (2012)

Amendoin - Marchi et al. (2011)

Trigo - V.N. Silva et al. (2012)

Girassol – Rocha (2012)

Tomate e berinjela - V.N. Silva (2012)

Software Vigor‐S

Imagem: Francisco G. Gomes Junior

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OBRIGADO PELA SUA ATENÇÃO