Pais: Brasil

Fecha: 22 de Marzo del 2021

El láser evalúa las semillas de soja rápidamente y a bajo costo por Embrapa, Brasil

Los científicos han combinado la técnica LIBS con el aprendizaje automático para desarrollar un método rápido y económico para identificar el vigor de la semilla de soja.

 

La evaluación ayuda a los productores de soja a elegir semillas con mejor desempeño productivo.

 

Las técnicas actuales tardan unos días en presentar los resultados; El nuevo método responde en minutos y con mayor precisión.

 

El costo de analizar la muestra, debido a la nueva tecnología, tendría un precio menor que las pruebas de semillas actuales, que cuestan R $ 100 en promedio.

 

El método permite a los productores de soja mejorar la selección de semillas y mejorar la productividad cada año.

 

Los investigadores buscan en el sector productivo interesados ??en desarrollar y vender equipos específicos con la tecnología para evaluar la soja.

 

Un nuevo método permitirá al productor rural brasileño saber, en pocos minutos, si las semillas de soja son de alto o bajo vigor. Esto será posible gracias a la aplicación pionera de la técnica de espectroscopia de emisión óptica con plasma inducido por láser (LIBS) combinada con algoritmos de aprendizaje automático ( aprendizaje automático ) en la evaluación de semillas de calidad. Investigadores de  Embrapa Instrumentação  (SP) y la Universidad Federal de Mato Grosso do Sul ( UFMS ) encontraron que es posible clasificar los lotes de semillas con precisión, rapidez, gran escala y menor costo en comparación con las técnicas tradicionales.

 

El método es capaz de identificar los constituyentes atómicos de las semillas (sus diminutas partículas) y los datos obtenidos se utilizan para crear protocolos, con el fin de distinguir lotes con alta precisión en relación a las técnicas estándar, que son laboriosas, requieren más tiempo y incluso cuesta arriba de R $ 100 por lote. Los investigadores calculan que, con la nueva técnica, el precio podría ser mucho menor, dependiendo del coste de la empresa que hará el análisis.

 

En general, los altos rendimientos de los cultivos dependen, entre otros factores, de la calidad de semillas vigorosas, las cuales están directamente relacionadas con la productividad. Por lo tanto, la necesidad de aplicar pruebas de vigor efectivas para distinguir el potencial real de un lote de semillas. Pero algunos métodos, como la tasa de emergencia, el envejecimiento acelerado y el tetrazolio, tardan unos días en obtener los resultados, lo que retrasa la evaluación final del lote.

 

El desarrollo de nuevas tecnologías representa un salto tecnológico para el competitivo mercado de semillas destinado a una cultura estratégica en Brasil, líder mundial en producción de soja.

 

Con el nuevo método, que ya ha solicitado una patente presentada al Instituto Nacional de la Propiedad Industrial ( INPI ), el productor de soja podrá hacer una selección de las semillas y aumentar, año tras año, la calidad y cantidad de la semilla. cultivo cosechado.

 

 

 

“La técnica parece ser una buena herramienta. Veo una enorme ganancia de tiempo, porque para que un productor sepa hoy el vigor de la semilla, se necesitan al menos cinco o seis días. Hay que cosecharlo, llevarlo al laboratorio y hacer las pruebas ”, dice el productor de semillas de la finca Ouro Branco, Hauston Godoy Munhoz.

 

Con una superficie cultivada de 800 hectáreas, la propiedad en Santa Cecília do Pavão, ciudad del norte de Paraná, produce semillas para la Cooperativa Integrada Agroindustrial, presente en 49 municipios y con una facturación de R $ 3,2 mil millones registrada en 2019 . “Para nosotros, un método que nos permita saber rápidamente si el campo es bueno o no es muy bueno, porque traería una ganancia rápida y también económica. Si no es bueno, pronto lo descartaremos ”, concluye el administrador empresarial.

 

La conclusión de los investigadores es que los resultados obtenidos demuestran el alto potencial de LIBS como una nueva metodología para ser utilizada en pruebas de vigor de semillas y una alternativa competitiva a las metodologías tradicionales.

 

Según el grupo, esto permitirá en un futuro cercano construir equipos de bajo costo dedicados a este propósito. Este es el siguiente paso: encontrar empresas interesadas en desarrollar un dispositivo dedicado para poner el servicio a disposición de los productores rurales.

 

El equipo

Liderado por el investigador del Instituto de Física de la Universidad Federal de Mato Grosso (UFMS) Cícero Cena (foto a la izquierda) , el desarrollo de la nueva metodología contó con la experiencia de la investigadora de Embrapa  Débora Milori   -  y su asesor doctoral Alfredo Xavier - al realizar pruebas con espectroscopia de emisión óptica de plasma inducida por láser (LIBS) para evaluar semillas de soja.

 

El estudio de dos años también contó con la participación de los becarios de maestría y doctorado de la UFMS Matheus Ribeiro y Gustavo Larios, apoyados por la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Educación Superior ( Capes ); investigadores de la Universidad Federal de Santa Catarina ( UFSC ); la Universidade Estadual Paulista ( Unesp ); y el  Consiglio Nazionale delle Ricerche  ( CNR ), de Italia.

La investigadora de Embrapa  Débora Milori  (foto a la derecha de Flávio Ubiali) explica que los lotes de semillas de soja, con diferentes calidades fisiológicas, fueron evaluados en base al contenido de nutrientes medido por la técnica LIBS, asistido por análisis multivariante y algoritmos de aprendizaje.

 

En el Laboratorio de Óptica y Fotónica de Instrumentación de Embrapa, Alfredo Xavier, estudiante de doctorado, siguió la preparación y medición de 92 muestras, 46 de las cuales fueron recolectadas en lotes comercializados como semillas de bajo vigor y 46 como semillas de alto vigor. Las semillas de soja de los dos lotes, de diferentes calidades fisiológicas, se molieron y pasaron por un tamiz de malla.

 

“La técnica mostró un potencial prometedor para clasificar lotes de semillas de soja según su calidad fisiológica”, celebra Milori, enfatizando que LIBS permite la evaluación en tiempo real en el laboratorio.

 

Hasta entonces, no existía registro en la literatura de estudios sobre el desempeño de la técnica desarrollada con el objetivo de distinguir entre bajo vigor y alto vigor de semillas de soja.

 

La búsqueda

El profesor de la UFMS Cícero Cena, líder del proyecto, agrega que las semillas fueron evaluadas por métodos de referencia estandarizados comúnmente utilizados por el sector productivo. “Inicialmente, las semillas se caracterizaron por las pruebas actuales de germinación y vigor, es decir, conteos de primera y última germinación, emergencia, envejecimiento acelerado y prueba de tetrazolio”, informa.

 

Para confirmar, el grupo de investigadores utilizó el procedimiento de validación cruzada, dividiendo todos los datos en diez carpetas. “Uno de ellos se reservó para validación y los demás se utilizaron para desarrollar el modelo de formación. Luego, se realizó una nueva validación con la siguiente carpeta, y se repitió el procedimiento hasta que se validaron todas las carpetas ”, dice el investigador Bruno Marangoni, miembro del estudio de la UFMS.

 

Los científicos descubrieron que las pruebas de validación cruzada indican que la soja de alto vigor se puede diferenciar con éxito de las semillas de bajo vigor con un 97,8% de precisión utilizando un algoritmo de aprendizaje automático.

 

La investigación integró diferentes áreas de conocimiento, como Física, Química y Agronomía y fue publicada en  Métodos Analíticos de Alimentos , bajo la denominada “ Espectroscopía de ruptura inducida por láser como herramienta poderosa para distinguir lotes de semillas de soja de alto y bajo vigor ”.

El costo será mucho menor que los actuales

Cena dice que la gran ventaja en relación a los métodos tradicionales que se utilizan hoy en día es que la obtención de los datos es más práctica, más rápida y tiene un costo relativo más accesible para análisis a gran escala.

 

Según él, con el protocolo desarrollado, teniendo el equipo, el precio del análisis sería despreciable. "Pero si se contabiliza el precio de los equipos nuevos hoy y se divide por el número de análisis, sería posible hacerlo mediante muestreo a un costo mucho menor en comparación con los que se cobran actualmente", calcula.

 

“Saber si las semillas de soja son de alto o bajo vigor, incluso antes de la siembra, es un factor importante que influye en la productividad del cultivo, y que llevará al productor a alcanzar otro nivel en la producción del grano”, señala la investigadora. .

 

El profesor señala que la creciente demanda de alimentos en el mundo requiere un aumento constante de la producción de granos y que las pruebas comunes que se realizan en el sector agrícola dan una buena indicación del vigor de las semillas. “Sin embargo, estos análisis terminan por sobrestimar el potencial fisiológico de las semillas, ya que se realizan en condiciones controladas en el laboratorio. El problema es que las condiciones en el laboratorio no siempre se correlacionan con las del campo ”, explica.

 

Dice que la nueva técnica permite una alta precisión en la diferenciación entre semillas de bajo y alto vigor. “El proceso es versátil y se puede utilizar para cualquier tipo de semilla ya gran escala, utilizando cualquier tipo de equipo de espectroscopía óptica y software de análisis”, explica.

 

La técnica LIBS no genera residuos

Con más de 15 años de trabajo en el uso de óptica y fotónica, la investigadora de Embrapa Débora Milori dice que se utilizó LIBS porque es una técnica que analiza la muestra con poca o ninguna preparación, es un sistema de acción rápida y bajo costo. de análisis y puede identificar elementos simultáneamente en una pequeña cantidad de muestra, de 0,5 gramos, por ejemplo.

 

Milori explica que el sistema LIBS dispara un láser de alta energía, generando un plasma que emite luz de los átomos e iones presentes en la muestra. “La emisión de luz de cada elemento es como una huella dactilar que permite identificar el átomo que se encuentra en el plasma. De esta forma, es posible cuantificar el carbono, los nutrientes y los contaminantes del suelo ”, explica el científico.

El método beneficia la cadena de producción

Según la Compañía Nacional de Abastecimiento ( Conab ), vinculada al Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento (MAPA), la producción de granos en la zafra 2019/20 fue de 125 millones de toneladas, en un área ocupada de aproximadamente 37 millones de toneladas. . 

 

A nivel mundial, según el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos ( USDA ), la producción en el mismo período fue de 337 millones de toneladas, en un área de 123 millones de hectáreas.

 

La productividad de la soja brasileña es de 3.379 kg por hectárea, superior al promedio mundial, que es de 2.739 kg / ha. Con el nuevo método, será posible conocer rápidamente la calidad de las semillas, factor que influye directamente en la productividad del cultivo.

Traducido del portugués.

Ver nota