Pais: Brasil

Fecha: 08 de Septiembre del 2021

Los científicos combinan imágenes multiespectrales con rayos X para analizar semillas por Embrapa, Brasil

    Los científicos han combinado imágenes multiespectrales, rayos X y aprendizaje automático que clasifica las semillas sanas y más germinadas.

    Las técnicas funcionan de manera complementaria: las imágenes multiespectrales proporcionan datos relacionados con las partes más externas y los rayos X muestran información del interior de la semilla.

    El sistema de aprendizaje automático analiza los datos y reconoce los patrones de los indicadores de calidad, lo que permite automatizar el proceso.

    El método no destructivo es más rápido, no genera residuos y permite analizar lotes de semillas antes de ser utilizadas en el campo.

    La selección de semillas es capaz de incrementar la productividad hasta en un 10%, en el caso de la soja.

    La producción de semillas para los mercados nacionales y extranjeros es un nicho fuerte a explorar en el país.

Por primera vez, los científicos han utilizado la combinación de imágenes radiográficas y multiespectrales para analizar los atributos de calidad de las semillas. La nueva metodología se basa en inteligencia artificial y permite la automatización y eficiencia del proceso de análisis de la calidad de la semilla, obteniendo resultados más precisos, con un menor nivel de subjetividad y en tiempo real.

La investigación involucró a científicos del Centro de Energía Nuclear en Agricultura en Esalq ( Cena / USP ), Embrapa Meio Ambiente (SP) y la Universidad Técnica de Aarhus ( AU ), en Dinamarca. En el estudio, los investigadores utilizaron como modelo Jatropha curcas, una oleaginosa conocida popularmente como jatropha, variedad que tiene una importancia económica relevante por su idoneidad en la producción de biocombustibles, alimentos y piensos. Según los autores, la técnica utilizada puede adaptarse y aplicarse a semillas de otras culturas.

Según Clíssia Barboza da Silva, de Cena / USP, las mayores ventajas son, principalmente, la velocidad y la precisión. Mientras que el método convencional requiere alrededor de una semana para obtener los resultados, el análisis de imágenes toma solo unos segundos. El investigador también dice que, en la evaluación convencional, el análisis se hace visualmente y depende de la interpretación del analista, siendo, por tanto, subjetivo. En el caso del análisis de imágenes, el resultado se da de forma automatizada, lo que garantiza una mayor precisión.

Silva también enfatiza el hecho de que el método no es destructivo. “En los métodos convencionales, como la prueba de germinación, por ejemplo, es necesario destruir la muestra para evaluar la calidad de las semillas, monitoreando su desempeño en la prueba. En el análisis de la imagen, las semillas quedan intactas al final de la prueba, y luego se pueden utilizar ”, compara.

Esto permite analizar más muestras y proporcionarles a los agricultores una mayor garantía de calidad y potencial de rendimiento. Además, el científico revela que el método desarrollado no genera residuos, ya que el análisis de imágenes no requiere el uso de reactivos especiales, y por tanto es más sostenible ambientalmente.

Comprender

El aprendizaje de visión artificial es un sistema de cámaras acoplado a un software de inteligencia que puede aprender los estándares de producción para la gestión de la calidad.

Las plántulas son embriones de plantas que ya se han desarrollado y todavía están encerrados en semillas.

Como funciona

Las semillas fueron expuestas a luz secuenciada a diferentes longitudes de onda, en un ambiente integrado con sistemas informáticos y sensores, para el reconocimiento de parámetros fisicoquímicos y vigor de las muestras.

El analista de Embrapa Gabriel Mascarin dice que las dos técnicas son complementarias, ya que cada una llega a ciertas áreas de las semillas. En análisis cualitativo, según él, la imagen espectral es más eficiente a la hora de verificar la textura, atributos físicos y químicos asociados a daños por insectos, infecciones fúngicas y otros. Sin embargo, explica que esta técnica se limita al no llegar a los tejidos del interior de las semillas.

La imagen de rayos X mostró un gran potencial para recopilar datos sobre estructuras internas, como daños al embrión y endospermo. “Los rayos X son ondas electromagnéticas cortas, que van desde 0,01 a diez nanómetros (nm), y tienen un alto poder de penetración”, detalla.

El grupo probó imágenes multiespectrales y de rayos X con métodos analíticos convencionales. La investigación incluyó la aplicación de un algoritmo de aprendizaje de visión artificial que mostró una alta precisión para predecir la capacidad de las semillas para producir plántulas normales, plántulas anormales y semillas muertas. El sistema logró una precisión superior al 96% cuando se utilizaron datos de reflectancia del infrarrojo cercano (940 nanómetros) y clases de imágenes de rayos X.

Los resultados obtenidos con el uso combinado de las tecnologías mostraron una alta correlación con los datos generados en los métodos analíticos tradicionales, utilizados para evaluar el potencial fisiológico de las semillas, revelando ser una técnica prometedora dirigida a controlar la calidad de semillas de interés agrícola.

El investigador Silva, quien lideró el proyecto, informa que se evaluó el desempeño de tres lotes, utilizando métodos analíticos convencionales: pruebas de germinación y vigor. Paralelamente, se realizaron análisis de imágenes multiespectrales y radiografías de las semillas de cada lote. Se aplicó un método estadístico basado en análisis multivariante a datos multiespectrales para identificar las longitudes de onda más significativas para distinguir lotes de semillas (780, 850, 880, 940 y 970 nanómetros).

publicación científica

Alguns resultados do trabalho foram publicados no artigo Multispectral and X-ray images for characterization of Jatropha curcas L. seed quality , assinado pelos pesquisadores Vitor de Jesus Martins Bianchini do Departamento de Produção Vegetal da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”/Universidade de San Pablo; Gabriel Moura Mascarin del Laboratorio de Microbiología Ambiental de Embrapa Meio Ambiente; Lúcia Cristina Aparecida Santos Silva , Clíssia Barboza da Silva y Valter Arthur del Laboratorio de Radiobiología y Medio Ambiente del Centro de Energía Nuclear en Agricultura / Universidad de São Paulo; Jens Michael Carstensen de la Universidad Técnica de Dinamarca; y Birte Boelt del Departamento de Agroecología, Ciencia y Tecnología / Universidad de Aarhus, Dinamarca.

En general, las semillas con alto vigor tuvieron menor reflectancia de ondas y esta respuesta se asoció con un mayor contenido de componentes químicos en las semillas (lípidos) que absorbían la luz emitida por el equipo y, por lo tanto, reflejaban menos. En las imágenes radiográficas, estas semillas estaban completamente llenas internamente de tejidos sanos, característica relacionada con la producción de plántulas normales.

Por otro lado, las semillas con bajo vigor mostraron alta reflectancia y las imágenes radiográficas revelaron la ausencia de tejidos internos, o la presencia de tejidos deteriorados, correlacionados con la formación de plántulas anormales o semillas muertas en la prueba de germinación.

“Los impactos previstos son todos positivos e incluyen la selección de lotes de semillas más vigorosos que, por lo tanto, producirán plántulas más sanas con rodales uniformes. Todos los cultivos producidos a partir de semillas podrán beneficiarse de esta tecnología ”, cree Mascarin.

Luz adaptada a cada tipo de semilla

Para Silva, este descubrimiento genera conocimiento sobre el tipo de luz más adecuado para el análisis multiespectral de la calidad de las semillas de jatropha (al lado, foto de la planta de jatropha), es decir, el infrarrojo cercano en el rango de 780 a 970 nanómetros. Con base en estos datos, las empresas semilleras podrán adquirir equipos que cuenten con este tipo de luz para distinguir lotes de semillas de mayor y menor vigor. También considera que, para cada especie y cultivar de semilla, puede haber un tipo de luz y un conjunto de longitudes de onda más adecuados que hagan posible esta distinción a través del análisis de imágenes multiespectrales. “En definitiva, todas las semillas se pueden explotar con esta tecnología rápida, automatizada y no destructiva”, explica el científico.

Industria

En la industria, el desarrollo de métodos no destructivos para el control rápido y preciso de la calidad de las semillas sigue siendo un desafío y los resultados obtenidos indican que estas nuevas tecnologías pueden convertirse pronto en herramientas potenciales, según los investigadores.

El análisis de imágenes multiespectrales también permite distinguir temprano las semillas sanas de las infectadas por patógenos, lo que asegura la calidad fitosanitaria de este importante insumo. Otra posibilidad evaluada por los científicos es la construcción de equipos que contengan solo tecnología de infrarrojo cercano para el análisis de semillas, ofreciendo al mercado sistemas de menor costo.

Como explica el jefe técnico del Laboratorio de Análisis de Semillas de ISLA , Israel Machado, estos nuevos enfoques tecnológicos contribuyen a mejorar la precisión, duración y costo del análisis. “En general, esto brinda mejores resultados, lo que beneficia a los involucrados en la realización de los análisis y a los usuarios de las semillas, es decir, contribuye directa e indirectamente a mejorar la calidad de la producción agrícola”, declara.

semillas de calidad

Buscar una zona de cultivo uniforme e impecable es lo que quiere cualquier productor rural. Las semillas de alta calidad son el punto de partida para una agricultura exitosa. Es un insumo vital, que lleva al suelo todo el estudio científico y mejoramiento genético realizado a lo largo del tiempo y que determinará el éxito de la empresa. Sin semillas sanas y de buena calidad, no hay buena cosecha.

La búsqueda de semillas con mayor vigor, poder germinativo y potencial de producción genética y más resistentes a plagas y enfermedades aumenta año tras año. Embrapa ya ha revelado que las semillas de alta calidad producen ganancias en productividad que van del 10% al 15% en el sector de producción de soja.

Como señala el gerente de Calidad de Semillas de ISLA, Deusdedit Alves Pereira, Brasil tiene regiones con condiciones edafoclimáticas, productores y tecnología para producir semillas no solo para el mercado interno, sino también para el mercado externo. Pereira explica que hay pocas empresas especializadas solo en la producción de semillas, y Brasil es un país donde es posible producir cualquier tipo de semillas de cereales y hortalizas.

Él cree que las semillas producidas en Brasil con tecnología son de excelente calidad. Sin embargo, destaca algunos puntos donde el sector necesita mejorar, como una mayor difusión de las técnicas de producción, una mejor remuneración para los productores especializados en la producción de semillas, una mayor difusión del potencial productivo brasileño a nivel mundial y la formación de profesionales interesados ??en la producción de semillas de calidad. . “Las empresas extranjeras solo estarán interesadas en semillas producidas en Brasil cuando tengamos un mayor número de empresas brasileñas especializadas en la producción de semillas de calidad, como es el caso actualmente en Chile, Italia, Francia y otros países”, enfatiza.

Traducido del portugués.

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