Logo BSU

Please use this identifier to cite or link to this item: https://elib.bsu.by/handle/123456789/220728
Title: Разработка системы фенотипирования древесных растений при помощи алгоритмов машинного зрения и спектрального анализа
Other Titles: Development of woody plants phenotyping system with the help of machine vision and spectral analysis algorithms // A. Yu. Shashko, U. Yu. Bandarenka, A. A. Mikhalchenko, T. G. Kaliaha, O. Yu. Safonova, D. A. Przhevalskaya, M. A. Charnysh, D. V. Kolbanov, V. N. Zhabinskii, V. A. Khripach, I. I. Smolich, A. I. Sokolik, A. N. Valvachev, S. V. Ablameyko, V. V. Krasnoproshin, G. N. Smolikova, V. V. Demidchik
Authors: Шашко, А. Ю.
Бондаренко, В. Ю.
Михальченко, А. А.
Каляга, Т. Г.
Сафонова, О. Ю.
Пржевальская, Д. А.
Черныш, М. А.
Колбанов, Д. В.
Жабинский, В. Н.
Хрипач, В. А.
Смолич, И. И.
Соколик, А. И.
Вальвачев, А. Н.
Абламейко, С. В.
Краснопрошин, В. В.
Смоликова, Г. Н.
Демидчик, В. В.
Keywords: ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Биология
Issue Date: 2019
Publisher: Минск : БГУ
Citation: Журнал Белорусского государственного университета. Биология = Journal of the Belarusian State University. Biology . - 2019. - № 1. - С. 33-44
Abstract: Фенотипирование – современная технология, позволяющая производить автоматическую регистрацию и анализ данных о фенотипах живых систем. В последние годы значительно развито высокоэффективное фенотипирование высших растений в целях глубокого исследования физиологических и биохимических основ их функционирования, а также селекции новых высокопродуктивных и стрессоустойчивых сортов. Оно базируется на адаптации и внедрении современных информационных подходов, таких как алгоритмы компьютерного зрения, и позволяет получать детальную информацию о феномах растений на различных уровнях их организации. Одним из не изученных пока разделов в данной области является фенотипирование саженцев древесных растений. В настоящем исследовании разработана система фенотипирования зеленых стеблевых черенков древесных растений Thuja occidentalis L. (сорт Smaragd), Juniperus scopulorum Sarg. (сорт Blue Arrow), Picea abies L., H. Karst. с использованием алгоритмов машинного зрения и спектрального анализа. Создан модульный феномный комплекс, состоящий из бокса, систем культивирования растений, освещения и полива, а также системы регистрации и обработки RGB-изображений, включая программное обеспечение. Данный комплекс протестирован в лаборатории и в условиях открытого грунта. Его первичное тестирование показало, что изменения кривых распределения пикселей RGB-изображений по длинам волн могут служить основой оценки размеров и физиологического состояния черенков древесных растений. Установлено, что смещение спектральной кривой отраженного света в длинноволновую область под действием водного дефицита позволяет неинвазивно и статистически достоверно регистрировать гибель части клеток. В то же время статистически достоверных отличий не было выявлено при тестировании воздействия фитогормонов (ауксинов и брассиностероидов) на укоренение черенков хвойных видов. Полученные результаты имеют фундаментальную практическую значимость и могут быть использованы в исследованиях физиологических процессов у высших растений, декоративном питомниководстве и лесоводстве.
Abstract (in another language): Phenotyping is a modern technology that allows registering and analyzing data about living systems phenotypes in automatic mode. In recent years a high-efficiency higher plants phenotyping with the aim of deep study of the physiological and biochemical bases of their functioning, as well as selection of new high-yielding and stress-resistant varieties has acquired significant development. It is based on adaptation and introduction of modern information approaches such as algorithms of «computer vision» and allows receiving detailed information about plants phenomes at various organization levels. One of the unreached research sections in this field is tree plant cuttings phenotyping, which represents a great practical interest. In this work the system of phenotyping of green stem cuttings of woody plants Thuja occidentalis L. (Smaragd), Juniperus scopulorum Sarg. (Blue Arrow), Picea Abies L., H. Karst. was developed using machine vision algorithms and spectral analysis. A modular phenomics complex was created. It consist of phenomics box, plant cultivation system, lighting and watering systems, as well as system of registration and processing of RGB-images, including software. This complex has been tested in the laboratory and in field conditions. The initial testing of the phenomics complex was carried out. It showed that the data of changes in the pixel distribution of RGB-images by wavelengths can be the basis for estimating the size and physiological state of stem cuttings of woody plants. It was shown that the shift of the spectral curve of the reflected light into the long-wave area under the influence of water deficit allows to non-invasive and statistically reliably register the death of some cells. At the same time, statistically reliable distinctions have not been revealed at testing of influence of phytohormones (auxins and brassinosteroids) on rooting of stem cuttings of coniferous species. The obtained results have a fundamental practical significance and can be used in the research of physiological processes in higher plants, ornamental crop production and forestry.
URI: http://elib.bsu.by/handle/123456789/220728
ISSN: 2521-1722
DOI: 10.33581/2521-1722-2019-1-33-44
Appears in Collections:2019, №1

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
33-44.pdf1,11 MBAdobe PDFView/Open


PlumX

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.