Teste de raios X: princípio e interpretação - esalq.usp.br 3-Teste de raios X... · Aula 3 Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” Teste de raios X e avaliação computadorizada

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


Raios X Plântula Normal

SEMENTE 18


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6


Raios X Semente Morta

SEMENTE 23



Raios X

Plântula Anormal

SEMENTE 28


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7

Raios X

Plântula Normal

SEMENTE 37

Imagens: Francisco G. Gomes Junior

Raios X

Plântula Normal

SEMENTE 42


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8

Raios X

Plântula Normal

SEMENTE 72


Raios X Plântula Anormal

MILHO DOCE

Gomes Junior e Cicero (2012)

Vista ventral

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9

Raios X Plântula Anormal

MILHO DOCE

Gomes Junior e Cicero (2012)


Radiografia de sementes esféricas

de milho doce

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10

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)


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12

Feijão Forti et al. (2008)


Avaliação da


por secagem

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13

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


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

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16

Raios X

Soja

Semente morta

Forti et al. (2010)

Raios X

Avaliação da


provocadas por

insetos

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Pinto et al. (2009)

Plântula Normal

SOJA

Raios X

Pinto et al. (2009)


Ataque de percevejo

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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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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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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


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)


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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32

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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34

“Pericarp Area” = 0,14

Área do embrião = 86%





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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37

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

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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


Formato JPEG

Tomato Analyzer: “Analyze”



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40

Tomato Analyzer: “Set Pericarp Boundary”



Tomato Analyzer: “Adjust Pericarp Boundary”


28/08/2014

41

Tomato Analyzer: “Adjust Pericarp Boundary”


Tomato Analyzer: “Semente analisada”

“Pericarp Area”

(0,25 = 25%)

75%

Área ocupada

pelo embrião


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42

IMAGE-PRO®

PLUS

PROCEDIMENTO PARA A AVALIAÇÃO DA MORFOLOGIA

INTERNA DE SEMENTES

Image-Pro®

Plus: abrir imagem

Formato TIF


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43

Image-Pro®

Plus: converter imagem

para escala de cinzas (8 bits)



Image-Pro®

Plus: aplicar filtro

28/08/2014

44


Image-Pro®

Plus: definir calibração


Image-Pro®

Plus: definir calibração

28/08/2014

45

Image-Pro®

Plus: segmentação da

imagem


Image-Pro®

Plus: segmentação da

imagem


28/08/2014

46


Image-Pro®

Plus: selecionar

determinações

Image-Pro®

Plus: semente analisada


Área ocupada

pelo embrião =

82,6%

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