Портативный микропроцессорный колориметр для определения стабильности развития растений

Показали, что по величине флуктуирующей асимметрии можно судить о стабильности развития растений. Отметили недостатки оценки физиологического состояния растений – как визуальной, так и с помощью созданного ранее измерителя цвета. (Цель исследования) Разработать устройство для определения стабильности развития растений по результатам измерения цветовых характеристик их листьев. (Материалы и методы) Апробировали прибор на растениях огурца, выращиваемых под различным спектром. Измеряли цвет поверхности на втором и третьем листьях в порядке их появления на растении, слева и справа от центральной жилки: у вершины листа, в месте раздвоения вторых жилок второго порядка, у основания листа. При измерениях подносили прибор к листу. Описали принцип работы микропроцессорного колориметра. (Результаты и обсуждение) Выявили, что асимметрия значений цветовых координат симметричных точек поверхности листа огурца носит флуктуирующий характер и может быть использована для оценки стабильности развития растений. Определили, что различия в качестве световой среды влияют на биометрические параметры растений, проявляются в асимметрии цветовых координат симметричных точек поверхности листа, причем большим значениям показателей роста (у растений в лучших условиях световой среды) соответствуют меньшие значения флуктуирующей асимметрии. (Выводы) Доказали, что разработанный колориметр компактен и эргономичен, прост в изготовлении, недорогой, удобен в эксплуатации и может быть использован в полевых условиях. Прибор позволяет выявить различия стабильности развития растений, выращиваемых под разными источниками света. В условиях эксперимента определили, что в красном диапазоне величина флуктуирующей асимметрии под светодиодами составила 0,0301 относительной единицы, под натриевыми лампами – 0,0471; в зеленом диапазоне – 0,0228 и 0,0305; в синем – 0,0253 и 0,0416 относительной единицы соответственно.

1. Palmer A.R., Strobeck C. Fluctuating asymmetry as a measure of developmental stability: implications of non-normal distributions and power of statistical tests. Acta Zoologica Fennica. 1992. 191. 57-72.

2. Rahaman M., Chen D., Gillani Z., Klukas C., Chen M. Advanced phenotyping and phenotype data analysis for the study of plant growth and development. Frontiers in Plant Science. 2015. 6. 1-15.

3. Мерзляк М.Н. Спектры отражения листьев и плодов при нормальном развитии, старении и стрессе. Физиология растений. 1997. Т. 44. N5. С. 707-716.

4. Jacquemoud S., Ustin S. Leaf Optical Properties. Cambridge: Cambridge University Press. 2019.

5. Rakutko S., Rakutko E., Avotins A., Apse-Apsitis P. Me thod and device for measuring stability of plant development by fluctuating asymmetry of optical density of leaves. Engineering for Rural Development. Proceedings of 18th International Scientific Conference. 2019. 1263-1268.

6. Rakutko S., Rakutko E., Mishanov A. Measuring device for optical properties of plant leaves. Engineering for Rural Development. Proceedings of 20th International Scientific Conference. 2021. 187-193.

7. Chen D., Neumann K., Friedel S., Kilian B., Chen M., Altmann T., Klukas C. Dissecting the phenotypic components of crop plant growth and drought responses based on high-throughput image analysis. Plant Cell. 2014. 26. 4636-4655.

8. Kevan P.G. Floral colors through the insect eye: What they are and what they mean. In Handbook of Experimental Pollination Biology. New York: Van Nostrand Reinhold Company. 1983. 3–30.

9. Yamazaki K. Colors of young and old spring leaves as a potential signal for ant-tended hemipterans. Plant Signaling and Behavior. 2008. 3. 984-985.

10. Borghesi E., González-Miret M.L., Escudero M.L., Malorgio F., Heredia F.J., Meléndez-Martínez A.J. Effects of Salinity Stress on Carotenoids, Anthocyanins, and Color of Diverse Tomato Genotypes. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2011. 59. 11676-11682.

11. Valenta K., Kalbitzer U., Razafimandimby D., Omeja P., Ayasse M., Chapman C.A., Nevo O. The evolution of fruit colour: Phylogeny, abiotic factors and the role of mutualists. Scientific reports. 2018. 8. 14302.

12. Ougham H., Thomas H., Archetti M. The adaptive value of leaf colour. New Phytologist. 2008. 179. 9-13.

13. Matsunaga T.M., Ogawa D., Taguchi-Shiobara F., Ishimoto M., Matsunaga S., Habu Y. Direct quantitative evaluation of disease symptoms on living plant leaves growing under natural light. Breeding Science. 2017. 67. 316-319.

14. Batinić B., Bajić J., Dedijer S., et al. Colorimetric fiber-optic sensor based on reflectance spectrum estimation for determining color of printed samples. Opt Quant Electron. 2020. 52. 342.

15. Pathare P.B., Opara U.L., Al-Said F.A. Colour measurement and analysis in fresh and processed foods: a review. Food and Bioprocess Technology. 2012. 6. 36-60.

16. Sanmartín P., Gambino M., Fuentes E., Serrano M. A Simple, Reliable, and Inexpensive Solution for Contact Color Measurement in Small Plant Samples. Sensors. 2020. 20(8). 2348.

17. Rakutko S.A., Alsina I., Avotins A., Berzina K. Manifestation of effect of fluctuating asymmetry of bilateral traits of tomato growing in industrial greenhouses. Engineering for Rural Development. Proceedings of 17th International Scientific Conference. 2018. 186-191.

18. Ivanyuk V.V., Shkirin A.V., Belosludtsev K.N., et al. Influence of fluoropolymer film modified with nanoscale photoluminophor on growth and development of plants. Frontiers in Physics. 2020. 8. 1-6.

19. Simakin A.V., Ivanyuk V.V., Gudkov S.V., Dorokhov A.S. Photoconversion fluoropolymer films for the cultivation of agricultural plants under conditions of insufficient insolation. Applied Sciences (Switzerland). 2020. 10. N22. 1-10.