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Imagens multiespectrais podem ser o futuro da análise de sementes

Imagens multiespectrais podem ser o futuro da análise de sementes

Olá Agronautas!

Na curadoria de hoje trouxemos um estudo sobre a tecnologia de análise de sementes através de imagens. Trata-se de uma alternativa com inúmeras vantagens em relação aos métodos convencionais, dentre as quais podemos destacar: a rapidez de execução, a precisão, é um método não destrutivo e ambientalmente sustentável, pois não gera resíduos.

O texto, publicado no portal da Embrapa é baseado na publicação científica Multispectral and X-ray images for characterization of Jatropha curcas L. seed quality, assinado pelos pesquisadores Vitor de Jesus Martins Bianchini da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”/Universidade de São Paulo; Gabriel Moura Mascarin da Embrapa Meio Ambiente; Lúcia Cristina Aparecida Santos Silva, Clíssia Barboza da Silva e Valter Arthur do Centro de Energia Nuclear na Agricultura/Universidade de São Paulo; Jens Michael Carstensen da Universidade Técnica da Dinamarca; e Birte Boelt da Universidade de Aarhus, Dinamarca.

Imagens multiespectrais com raios X para analisar sementes

Os pesquisadores usaram a combinação de imagens multiespectrais e radiográficas para analisar atributos de qualidade de sementes. A nova metodologia é baseada em inteligência artificial e permite automatizar e tornar mais eficiente o processo de análise da qualidade de sementes, obtendo resultados mais precisos, com menor índice de subjetividade e em tempo real.

A pesquisa envolveu cientistas do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Esalq (Cena/USP), da Embrapa Meio Ambiente (SP) e da Universidade Técnica de Aarhus (AU), na Dinamarca. No estudo, os pesquisadores utilizaram como modelo a Jatropha curcas, oleaginosa popularmente conhecida como pinhão-manso, variedade que possui relevante importância econômica por sua aptidão na produção de biocombustíveis, alimentos e rações. Segundo os autores, a técnica utilizada pode ser adaptada e empregada a sementes de outras culturas.

Principais vantagens

De acordo com Clíssia Barboza da Silva, do Cena/USP, as maiores vantagens são, principalmente, a rapidez e a precisão. Enquanto o método convencional requer cerca de uma semana para obtenção dos resultados, a análise de imagens demanda apenas alguns segundos.

A pesquisadora conta ainda que, na avaliação convencional, a análise é feita de forma visual e depende da interpretação do analista, sendo, portanto, subjetiva. Já no caso da análise de imagem, o resultado é dado de forma automatizada, garantindo maior precisão.

Silva também enfatiza o fato de o método não ser destrutivo. “Nos métodos convencionais, como o teste de germinação por exemplo, é preciso destruir a amostra para avaliação da qualidade das sementes, monitorando o seu desempenho no teste. Já na análise de imagens, as sementes permanecem intactas no fim do teste, podendo posteriormente serem utilizadas”, compara.

Isso torna possível analisar mais amostras e fornecê-las aos agricultores com maior garantia de qualidade e potencial de produtividade. Além disso, a cientista revela que o método desenvolvido não gera resíduos, já que a análise de imagens não requer o uso de reagentes especiais, sendo, portanto, ambientalmente mais sustentável

Como funciona

As sementes foram expostas à luz sequenciada em diferentes comprimentos de onda, em ambiente integrado com sistemas de computador e sensores, para o reconhecimento dos parâmetros físico-químicos e vigor das amostras.

As duas técnicas são complementares, pois cada uma atinge determinadas áreas das sementes. Na análise qualitativa, segundo ele, a IMAGEM ESPECTRAL é mais eficiente ao verificar a textura, os atributos físicos e químicos associados a danos por insetos, infecções fúngicas e outros. Contudo, ele explica que essa técnica apresenta limitação ao não atingir os tecidos do interior das sementes.

Já a IMAGEM DE RAIOS X demonstrou grande potencial para coletar dados de estruturas internas, como danos no embrião e endosperma. “Os raios X são ondas eletromagnéticas curtas, que variam de 0,01 a dez nanômetros (nm), e possuem alto poder de penetração”, detalha.

O grupo testou imagens multiespectrais e de raios X em comparação com métodos analíticos convencionais. A pesquisa incluiu a aplicação de um algoritmo de aprendizagem de visão de máquina que apresentou alta precisão para prever a capacidade de as sementes produzirem plântulas normais, plântulas anormais e sementes mortas. O sistema alcançou uma acurácia superior a 96% quando foram utilizados dados de reflectância no infravermelho próximo (940 nanômetro) e classes de imagens de raios X.

Os resultados obtidos com o uso combinado das tecnologias apresentaram alta correlação com os dados gerados nos métodos analíticos tradicionais, utilizados para avaliação do potencial fisiológico de sementes, revelando ser uma técnica promissora voltada ao controle da qualidade de sementes de interesse agrícola.

Foram avaliados o desempenho de três lotes, utilizando métodos analíticos convencionais: testes de germinação e vigor. Ao mesmo tempo, foram realizadas análises de imagens multiespectrais e raios X das sementes de cada lote. Um método estatístico, com base em análise multivariada foi aplicado aos dados multiespectrais para identificação dos comprimentos de onda mais significativos para distinguir os lotes de sementes (780, 850, 880, 940 e 970 nanômetros).

Luz adaptada a cada tipo de semente

A descoberta gera conhecimento sobre o tipo de luz mais adequado para análise multiespectral da qualidade de sementes de pinhão-manso, ou seja, o infravermelho próximo na faixa de 780 a 970 nanômetros. A partir desse dado, as empresas de sementes poderão adquirir equipamentos que possuam esse tipo de luz para distinguir lotes de sementes de maior e menor vigor. Para cada espécie e cultivar de semente, pode existir um tipo de luz e conjunto mais apropriado de comprimentos de onda que possibilite essa distinção por meio da análise de imagens multiespectrais.

Indústria

Na indústria, o desenvolvimento de métodos não destrutivos para o controle rápido e preciso da qualidade de sementes ainda é um desafio e os resultados alcançados indicam que essas novas tecnologias podem ser ferramentas potenciais em breve, de acordo com os pesquisadores.

As análises de imagens multiespectrais também possibilitam distinguir precocemente sementes sadias daquelas que estão infectadas por patógenos, o que assegura a qualidade fitossanitária desse importante insumo.

Outra possibilidade avaliada pelos cientistas é a construção de equipamentos contendo apenas tecnologia de infravermelho próximo para análise de sementes, oferecendo ao mercado sistemas de menor custo.

Conforme explica o responsável técnico do Laboratório de Análises de Sementes da empresa ISLA, Israel Machado, essas novas abordagens tecnológicas contribuem para aprimorar a exatidão, a duração e o custo de análise. “De forma geral, isso proporciona melhores resultados, o que beneficia os envolvidos na realização das análises e os usuários das sementes, ou seja, contribui direta e indiretamente para melhorar a qualidade da produção agropecuária”, declara.

Sementes de qualidade

Olhar para uma área de cultivo uniforme e sem falhas é o que deseja qualquer produtor rural. Sementes com alta qualidade são o ponto de partida para o sucesso da lavoura. Trata-se de um insumo vital, que leva ao solo todo o estudo científico e o melhoramento genético realizado ao longo do tempo e que vai determinar o sucesso do empreendimento. Sem sementes sadias e de boa qualidade, não há boa lavoura.

A busca por sementes com maior vigor, poder de germinação e com potencial genético de produção e mais resistentes a pragas e doenças aumenta ano a ano. A Embrapa já revelou que sementes de alta qualidade rendem ganhos em produtividade que variam de 10% a 15% no setor produtivo da soja.

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