teste de raios x: princípio e interpretação - esalq.usp.br 3-teste de raios x... · aula 3...
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28/08/2014
1
LPV 5731 - ANÁLISE DE IMAGENS DE SEMENTES E PLÂNTULAS
Programa de pós-graduação em Fitotecnia
Francisco G Gomes-Junior
Aula 3
Escola Superior de Agricultura“Luiz de Queiroz”
Teste de raios X e avaliação computadorizada de variações na morfologia interna de
sementes
ISTA - desde a década de 1980 (detecção de sementes
vazias, danificadas mecanicamente ou por insetos).
RAS 2009 – capítulo específico (16) sobre o teste
Raios X para análise de sementes
Histórico
Início da década de 1950 na Suécia: avaliação da
qualidade de sementes de Pinus sylvestris L.
(Simak e Gustafsson,1953)
Pinus sylvestris L.
Primeira tentativa foi realizada por Lundström em
1903: sementes de coníferas
X-RAY PHOTOGRAPHY
AND SENSITIVITY IN
FOREST TREE SPECIES
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Stark e Adams (1963)
Sementes vazias
Malformadas
Infestadas por insetos
Espécies florestais
Kamra(1976)
165 espécies
florestais de nove
países
No Brasil
Primeiro trabalho brasileiro foi realizado por Silvio
M. Cicero em 1998: avaliação de danos mecânicos
em sementes de milho
Setembro de 2001: inauguração do Laboratório de
Análise de Imagens do Departamento de
Produção Vegetal da USP/Esalq, financiado pela
FAPESP (primeiro laboratório para avaliação de
sementes utilizando raios X no Brasil)
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Fonte: Scielo e Web of Science
Número de artigospublicados, por país sede da pesquisa, desde 1910 até a década de 2010 (março de 2012)
Raios XSementesEvolução....
Detecção de anormalidades em embriões
Determinação do estádio de desenvolvimento
das sementes
Estudos de alterações fisiológicas durante os
processos de maturação, secagem, germinação
ou condicionamento 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
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4
70,2
10,5
10,5
8,8Morfologia interna
Injúrias mecânicas
Infestação porinsetos
Outras injúrias(umidade, percevejo,secagem)
48,3
41,4
10,3
Alimentícias
Florestais
Outras (biocombustíveis, forrageiras,ornamentais)
PESQUISA SOBRE RAIOS X
EM SEMENTES
Porcentual dos artigos
científicos publicados no
período de janeiro de 2000
a março de 2012
Fonte: Scielo e Web of Science
Avaliação da
ocorrência de injúrias
mecânicas
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Vista Ventral Vista Dorsal
Raios X Plântula Normal
SEMENTE 9
Cicero et al. (1998)
MILHO
Vista Ventral Vista Dorsal
Raios X Plântula Normal
SEMENTE 18
Cicero et al. (1998)
28/08/2014
6
Vista Ventral Vista Dorsal
Raios X Semente Morta
SEMENTE 23
Cicero et al. (1998)
Vista Ventral Vista Dorsal
Raios X
Plântula Anormal
SEMENTE 28
Cicero et al. (1998)
28/08/2014
7
Raios X
Plântula Normal
SEMENTE 37
Imagens: Francisco G. Gomes Junior
Raios X
Plântula Normal
SEMENTE 42
Imagens: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
8
Raios X
Plântula Normal
SEMENTE 72
Imagens: Francisco G. Gomes Junior
Raios X Plântula Anormal
MILHO DOCE
Gomes Junior e Cicero (2012)
Vista ventral
28/08/2014
9
Raios X Plântula Anormal
MILHO DOCE
Gomes Junior e Cicero (2012)
Imagens: Francisco G. Gomes Junior
Radiografia de sementes esféricas
de milho doce
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Pinto et al. (2009)
Plântula Normal
SOJA
Raios X
Raios X
Pinto et al. (2009)
Plântula AnormalRaios X
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11
Forti et al. (2008)
Plântula Normal
FEIJÃO
Raios X
Raios X
Feijão Forti et al. (2008)
Plântula AnormalRaios X
28/08/2014
12
Feijão Forti et al. (2008)
Plântula AnormalRaios X
Avaliação da
ocorrência de injúrias
por secagem
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Raios X
Plântula normal
Secagem a 32o C
Menezes et al. (2012)
ARROZ
Menezes et al. (2012)
Semente de arroz
após o teste de
germinação:
secagem a 50o C
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Avaliação da
ocorrência de injúrias
por umidade
Pinto et al. (2009)
Plântula Normal
SOJA
Raios X
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15
Injúrias severas no eixo
embrionário
Injúrias severas na
região dos cotilédones
Plântula anormal
Forti et al. (2010)
Raios X
Raios X
Soja
Plântula anormal
Forti et al. (2010)
Raios X
28/08/2014
16
Raios X
Soja
Semente morta
Forti et al. (2010)
Raios X
Avaliação da
ocorrência de injúrias
provocadas por
insetos
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Pinto et al. (2009)
Plântula Normal
SOJA
Raios X
Pinto et al. (2009)
Plântula AnormalRaios X
Ataque de percevejo
28/08/2014
18
Forti et al. (2008)
Plântula Normal
FEIJÃO
Raios X
Forti et al. (2008)
Ataque de percevejo
Raios X
Plântula Anormal
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19
feijão-caupi
Melo et al. (2010)
Ataque de caruncho
Raios X
Plântula Anormal
Brancalion et al. (2011)Syagrus romanzoffiana Cham. (Arecaceae)
Predação: Curculionidae
Raios X
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20
Sitophilus zeamais
Imagem: Francisco G Gomes Junior
Raios X
Avaliação da
morfologia interma
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21
1 12 2
Imagens: Francisco G Gomes Junior
Poliembrionia em citrumelo Swingle
Raios X
Plântula Normal
Mondo e Cicero (2005)
MILHORaios X
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Milho
Semente Morta
Mondo e Cicero (2005)
Raios X
Amendoim Marchi e Cicero (2010)
Plântula Normal
AMENDOIM
Raios X
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Amendoim
Plântula Anormal
Marchi e Cicero (2010)
Raios X
Plântula normal
Pinhão-manso Pinto et al. (2009)
PINHÃO-MANSO
Raios X
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Pinhão-manso
Raios X
Semente morta
Pinto et al. (2009)
Mondo e Cicero (2005)
PCG (%)
TF (%)
EA (%)
CE (µS.cm-1.g-1)
57b 84a 80a
62c 97a 87b
51c 96a 87b
40,5b 13,8a 14,6a
Relações entre morfologia interna e
potencial fisiológico
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Forti et al. (2010)
Associação dos raios X com o teste
de tetrazólio
Classificação de aquênios de arnica
A: aquênios cheios; B: aquênios mal formados; C: aquênios vazios
*
*média de 50 aquênios para cada categoria
41%0%
0%
Melo et al. (2009)
CATEGORIAS
Com papus interno Sem papus interno
0%
3% 16%
Germinação
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EXTREMIDADES (E)
CENTRAL (C)
E E C
Posição da semente no fruto
Dias et al. (2014)
Comprimento de plântula (cm)
Germinação (%)
Classificação de sementes de ipê
Oliveira et al. (2004)
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Classificação de sementes de Capitão
(Terminalia argentea Mart. et Zucc.)
Gomes et al. (2014)
Embrião
deformadoPA
Embrião com
pequeno defeito PA
PNEmbrião sem
defeito
Socolowski e Cicero (2008)
Tecoma stans
Detecção de anormalidades em embriões
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Classificação de sementes de Guayule
(Parthenium argentatum Gray)
Germinação associada aos raios X
Raios X: morfologia interna das sementes
Jorge e Ray (2005)
(-) (+) (+ -)(+)
: CHEIA E OPACA
: CHEIA E MANCHADA
: PARCIALMENTE CHEIA E OPACA
: PARCIALMENTE CHEIA E
TRANSLÚCIDA
: PARCIALMENTE CHEIA COM DEFEITO
NO EMBRIÃO
: PARCIALMENTE CHEIA E MANCHADA
: VAZIA
Carvalho et al. (2010) *Germinação **IVE (Maguire, 1962)
Classificação de sementes de
mamona
4,82** 3,93 3,92 1,87
2,59 2,85 0,00
99%* 89% 89% 49%
66% 71% 0%
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Avaliação
computadorizada de
variações na morfologia
interna de sementes
AVALIAÇÃO AUTOMATIZADA DA
MORFOLOGIA INTERNA DE SEMENTES
Proporções: embrião/cavidade embrionária
ANÁLISE BASEADA EM ESTIMATIVAS VISUAIS
0% < 50% < 50-75%
Radiografias de sementes de
aroeira-branca (Machado e Cicero, 2002)
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MAMONA (Carvalho et al., 2010)
Totalmente
formada
Parcialmente
formada
Não
formada
Outros trabalhos:
Ipê “< 50% e > 50%” do embrião danificado
(Oliveira et al., 2004)
Arnica “aquênios mal formados”
(Melo et al., 2009)
Pimentão “maior e menor retração do endosperma”
(Gagliardi e Marcos Filho, 2011)
ESTIMATIVAS
VISUAIS:
SUBJETIVIDADE DAS
DETERMINAÇÕES
MORFOLOGIA INTERNA DA SEMENTE
ASSOCIADA AO CRESCIMENTO DA PLÂNTULA
1 – maior retração do
endosperma (A), menor
a plântula formada (A’)
Pimentão
Gagliardi e Marcos Filho (2011)
2 – menor retração do
endosperma (B), maior
a plântula formada (B’)
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Mensuração computadorizada
das áreas correspondentes às
partes internas de sementes de
tomate (Liu et al., 1993)
Determinação da área
vazia entre o embrião e o
endosperma (espaço livre)
A área de espaços livres pode ser utilizada como um indicador
do potencial de germinação (Dell’Aquila, 2007)
Redução progressiva da formação
de plântulas normais a partir de
sementes de pimentão com área de
espaços livres (áreas vazias) entre
o embrião e o endosperma > 2,7%
AVALIAÇÃO AUTOMATIZADA DA
MORFOLOGIA INTERNA DE SEMENTES
Dell’ Aquila (2007)
Sementes de
pimentão
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80% 83% 85%67% 77%73%
VARIAÇÕES NA ÁREA EMBRIONÁRIA EM
LOTE COMERCIAL DE SEMENTES DE ALFACE
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Aumento da área ocupada pelo embrião
EFEITOS SOBRE O DESEMPENHO DAS PLÂNTULAS?
TOMATO ANALYZER IMAGE-PRO®
PLUS
AVALIAÇÃO AUTOMATIZADA DA ÁREA EMBRIONÁRIA
OU DO ESPAÇO INTERNO LIVRE EM SEMENTES
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Tomato Analyzer (TA)
Brewer et al. (2008)
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“Pericarp Area” = 0,14
Área do embrião = 86%
“Pericarp Area” = 0,43
Área do embrião = 57%
“Pericarp Area” = 0,59
Área do embrião = 41%
Radiografias de sementes de
algodão analisadas pelo TA
Imagem processada
e analisada
Imagem radiográfica
original
Espaço livre interno =
0,05916 mm2
Xylopia aromatica
(anonaceae)
Espaço livre interno
total = 1,2807570 mm2
IMAGE-PRO® PLUS
Socolowski et al. (2011)
1 mm
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35
86% 86% 85% 84% 85%
74% 87% 73% 78% 71%
75% 78% 75% 75% 73%
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
11 12 13 14 15
9,1 cm
4,5 cm
5,2 cm
4,1 cm
6,1 cm5,0 cm
7,8 cm
4,3 cm
3,0 cm
5,1 cm3,9 cm
4,5 cm
1,4 cm
1 2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
Categoria A: > 80% = 5,6 cm
Categoria B: 75 a 80% = 4,5 cm
Categoria C: < 75% = 4,6 cm
Gomes Junior (2010)
Plântulas com 5 dias de idade
Área da cavidade interna ocupada pelo embrião* em
sementes de mamona
* Determidada pelo Tomato Analyzer
CV. MARIANA
Área (embrião +
endosperma) em
lotes comerciais
de sementes de
tomate
Silva et al. (2013)
* Determinações realizadas pelo Image-Pro® Plus
*
Número de sementes Número de sementes
Áre
a (e
mb
rião
+ e
nd
osp
erm
a) (
%)
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I: <78,1%
II: 78,1 - 82,5%
III: >82,5%
Categorias
Área da cavidade interna ocupada pelo embrião* em sementes de
pepino
Gomes Junior et al. (2012)
77,5%
3,9 cm
0,1 cm
0,5 cmL4
76,1%
L4
L4
86,4% 8,4 cm
L4
* Determidada pelo Tomato Analyzer
82,5%10,5 cm
L4
Morte da
semente
Em
erg
ên
cia
de p
lân
tula
s(%
)
Teor de água (%)
Teor de água
crítico
SENSIBILIDADE DE SEMENTES DE PUPUNHA À DESSECAÇÃO
Parmejiani (2013)
Espaço livre interno = 0,5%
Teor de água = 43,3%
Espaço livre interno = 7,2%
Teor de água = 35,8%Espaço livre interno = 23,2%
Teor de água = 12,2%
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Carvalho (2014)
MATURAÇÃO DE SEMENTES DE PIMENTÃO
44% 26% 16% 3%
Categoria 1
< 23,3%
Categoria 2
23,3% a 28,9%
Categoria 3
> 28,9%
Alvarenga (2013)
Sementes armazenadas de algodão
28/08/2014
38
Sementes armazenadas de algodão
Categoria 1
< 2,2%
Categoria 2
2,2% a 9,6%
Categoria 3
> 9,6%
Alvarenga (2013)
TOMATO ANALYZER
PROCEDIMENTO PARA A AVALIAÇÃO DA MORFOLOGIA
INTERNA DE SEMENTES
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Tomato Analyzer: “Open Image”
Sementes de melancia
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Formato JPEG
Tomato Analyzer: “Analyze”
Sementes de melancia
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
40
Tomato Analyzer: “Set Pericarp Boundary”
Sementes de melancia
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Tomato Analyzer: “Adjust Pericarp Boundary”
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
41
Tomato Analyzer: “Adjust Pericarp Boundary”
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Tomato Analyzer: “Semente analisada”
“Pericarp Area”
(0,25 = 25%)
75%
Área ocupada
pelo embrião
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
42
IMAGE-PRO®
PLUS
PROCEDIMENTO PARA A AVALIAÇÃO DA MORFOLOGIA
INTERNA DE SEMENTES
Image-Pro®
Plus: abrir imagem
Formato TIF
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
43
Image-Pro®
Plus: converter imagem
para escala de cinzas (8 bits)
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Image-Pro®
Plus: aplicar filtro
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Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Image-Pro®
Plus: definir calibração
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Image-Pro®
Plus: definir calibração
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Image-Pro®
Plus: segmentação da
imagem
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Image-Pro®
Plus: segmentação da
imagem
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
28/08/2014
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Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Image-Pro®
Plus: selecionar
determinações
Image-Pro®
Plus: semente analisada
Imagem: Francisco G. Gomes Junior
Área ocupada
pelo embrião =
82,6%
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