Chào mừng Quý độc giả đến với trang thông tin điện tử của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

Tin nổi bật
Thành tích

Huân chương Ðộc lập

- Hạng 1 - Hạng 2 - Hạng 3

Huân chương Lao động

- Hạng 1 - Hạng 2 - Hạng 3

Giải thưởng Nhà nước

- Nghiên cứu dinh dưởng và thức ăn gia súc (2005)

- Nghiên cứu chọn tạo và phát triển giống lúa mới cho xuất khẩu và tiêu dùng nội địa (2005)

Giải thưởng VIFOTEC

- Giống ngô lai đơn V2002 (2003)

- Kỹ thuật ghép cà chua chống bệnh héo rũ vi khuẩn (2005)

- Giống Sắn KM 140 (2010)

Trung tâm
Liên kết website
lịch việt
Thư viện ảnh
Video
Trung Tâm NC Khoai tây, Rau và Hoa, trồng rau Hàn Quốc theo VietGap

Thống kê truy cập
 Đang trực tuyến :  9
 Số lượt truy cập :  25771002
Kỹ thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo cho phép tự động hóa phân tích hạt giống
Thứ hai, 05-04-2021 | 08:19:06

Hình ảnh: sưu tập.

 

Tại Brazil, các nhà nghiên cứu liên kết với Trung tâm Năng lượng Hạt nhân Nông nghiệp (CENA) và Trường Cao đẳng Nông nghiệp Luiz de Queiroz (ESALQ), cả hai thuộc Đại học São Paulo (USP), đã phát triển một phương pháp luận dựa trên trí tuệ nhân tạo để tự động hóa và hợp lý hóa việc phân tích chất lượng hạt giống, một quy trình theo quy định của pháp luật và mà từ trước đến nay được thực hiện thủ công bởi các nhà phân tích của Bộ Nông nghiệp.

 

Nhóm đã sử dụng công nghệ dựa trên ánh sáng được triển khai trong phân tích thực vật và mỹ phẩm để thu được hình ảnh của hạt giống. Sau đó, họ chuyển sang dùng máy để tự động hóa quá trình giải đoán hình ảnh, giảm thiểu một số khó khăn của các phương pháp thông thường. Ví dụ, đối với loại, công nghệ hình ảnh quang học có thể được áp dụng cho toàn bộ lô hạt thay vì chỉ các mẫu, như điều kiện hiện tại. Hơn nữa, kỹ thuật này không xâm lấn và không phá hủy các sản phẩm được phân tích hoặc thất thoát trong quá trình sử dụng mẫu.

 

Các kỹ thuật dựa trên ánh sáng bao gồm huỳnh quang chất diệp lục và hình ảnh đa mặt. Trong số các loại cây có liên quan như cả cây trồng và mô hình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chọn cà chua và cà rốt được sản xuất ở các quốc giamaauxo những mùa vụ khác nhau và tuân theo các điều kiện bảo quản khác nhau. Họ sử dụng hạt giống của các giống cà chua thương mại Gaucho và Tyna được sản xuất ở Brazil và Mỹ và hạt của các giống cà rốt Brasilia và Francine được sản xuất ở Brazil, Ý và Chile.

 

Sự lựa chọn dựa trên tầm quan trọng về kinh tế của những loại cây thực phẩm này, nhu cầu của thế giới đang cao và đang tăng lên và những khó khăn mà người trồng phải đối mặt trong việc thu hái hạt giống. Ở cả cà chua và cà rốt, quá trình chín không đồng đều do cây ra hoa liên tục và sản xuất hạt không đồng bộ, do đó các lô hạt có thể chứa hỗn hợp hạt chưa trưởng thành và hạt trưởng thành. Sự hiện diện của các hạt chưa trưởng thành không dễ dàng phát hiện bằng các phương pháp trực quan và các kỹ thuật dựa trên con mắt của máy có thể giảm thiểu vấn đề này.

 

Các nhà nghiên cứu đã so sánh kết quả phân tích (không gây phá hủy) của họ với kết quả của các bài kiểm tra độ nảy mầm và sức sống truyền thống, vốn có tính phá hủy, tốn thời gian và công sức. Trong thử nghiệm nảy mầm, các nhà phân tích hạt giống tách các mẫu, gieo chúng để nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ, nước và oxy thuận lợi, và xác minh số lượng cây giống bình thường cuối cùng được sản xuất theo các quy tắc do Bộ Nông nghiệp thiết lập. Các bài kiểm tra rất phức tạp, phổ biến nhất là dựa trên phản ứng của hạt giống với các điều kiện bất thuận và các thông số phát triển của cây con.

 

Bên cạnh những khó khăn đã nêu, các phương pháp truyền thống rất tốn thời gian. Ví dụ, trong trường hợp cà chua và cà rốt, có thể mất đến hai tuần để thu được kết quả, điều này cũng phần lớn là chủ quan, tùy thuộc vào cách giải thích của nhà phân tích. Clíssia Barboza da Silva, một nhà nghiên cứu tại CENA-USP và là một trong những tác giả của một bài báo về nghiên cứu được đăng trên tạp chí Frontiers in Plant Science. Silva là điều tra viên chính của dự án do Quỹ Nghiên cứu São Paulo - FAPESP hỗ trợ. Tác giả chính của bài báo là Patrícia Galletti, người đã thực hiện nghiên cứu như một phần của nghiên cứu thạc sĩ của mình và đã giành được Giải thưởng Áp phích hay nhất năm 2019 tại Hội Thảo Hạt giống lần thứ 7 của Châu Mỹ, nơi cô trình bày một phần kết quả của dự án.

 

Chất diệp lục như một chất đánh dấu chất lượng

 

Chất diệp lục có trong hạt, nơi nó cung cấp năng lượng để dự trữ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển (lipid, protein và carbohydrate). Khi nó đã hoàn thành chức năng này, chất diệp lục sẽ bị phá vỡ. Silva cho rằng: "Nếu hạt không hoàn thành quá trình trưởng thành, chất diệp lục này vẫn còn bên trong nó. Chất diệp lục còn sót lại càng ít, quá trình trưởng thành càng nâng cao và chất lượng dinh dưỡng trong hạt càng nhiều. Nếu có nhiều chất diệp lục. Hạt giống chưa trưởng thành và kém chất lượng".

 

Nếu ánh sáng ở một bước sóng cụ thể được chiếu vào chất diệp lục trong hạt, nó sẽ không truyền năng lượng này sang phân tử khác mà thay vào đó, lại phát ra ánh sáng ở bước sóng khác, nghĩa là nó phát huỳnh quang. Cô giải thích rằng huỳnh quang này có thể được đo lường. Ánh sáng đỏ có thể được sử dụng để kích thích chất diệp lục và bắt huỳnh quang bằng cách sử dụng một thiết bị chuyển nó thành tín hiệu điện, tạo ra hình ảnh bao gồm các pixel màu xám, đen và trắng. Các khu vực sáng hơn tương ứng với mức độ cao hơn của chất diệp lục, chứng tỏ hạt chưa trưởng thành và không có khả năng nảy mầm.

 

Trí tuệ nhân tạo

 

Trong hình ảnh đa kính, đèn LED (diodes phát quang) phát ra ánh sáng trong phần nhìn thấy được của quang phổ cũng như ánh sáng không nhìn thấy (UV và cận hồng ngoại). Để phân tích chất lượng hạt giống dựa trên độ phản xạ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 19 bước sóng và so sánh kết quả với dữ liệu đánh giá chất lượng thu được bằng các phương pháp truyền thống. Kết quả tốt nhất thu được khi sử dụng tia hồng ngoại gần trong trường hợp hạt cà rốt và tia UV trong trường hợp hạt cà chua.

 

Hạt chứa protein, lipid và đường hấp thụ một phần ánh sáng do đèn LED phát ra và phản xạ phần còn lại. Ánh sáng phản xạ được chụp bởi máy ảnh đa chiều và hình ảnh thu được sẽ được xử lý để tách các hạt ra khỏi giá đỡ trong thiết bị, tương ứng với các điểm ảnh màu đen có giá trị bằng 0, trong khi các hạt có thang màu xám. Giá trị của các pixel trong hình ảnh của hạt tương ứng với thành phần hóa học của nó.

 

"Chúng tôi không làm việc với kết quả trung bình cho một mẫu. Chúng tôi thực hiện chiết xuất riêng lẻ cho từng hạt", Silva nói thêm: “Hạt có lượng dinh dưỡng nhất định càng lớn thì hạt càng hấp thụ nhiều ánh sáng có bước sóng cụ thể, ít bị phản xạ hơn. Hạt có hàm lượng dinh dưỡng nhỏ hơn thì chứa ít phân tử hấp thụ ánh sáng hơn. Điều này có nghĩa là độ phản xạ của nó cao hơn, mặc dù điều này thay đổi tùy theo các thành phần của nó, hoạt động khác nhau tùy thuộc vào bước sóng ánh sáng được sử dụng".

 

Một thuật toán xác định bước sóng thu được kết quả tốt nhất. Quá trình này cung cấp thông tin về thành phần hóa học của hạt, từ đó có thể suy ra chất lượng của nó.

 

Đối với các nhà nghiên cứu, nó vẫn chưa đủ để đạt đến giai đoạn hình ảnh, vì đây vẫn là một hoạt động đòi hỏi sự quan sát của con người. Silva nói: “Sau đó, chúng tôi triển khai phương pháp đo hóa học, một tập hợp các phương pháp thống kê và toán học được sử dụng để phân loại vật liệu về mặt hóa học. Ý tưởng là thiết bị nên phân loại chất lượng dựa trên hình ảnh mà nó chụp được". Các phương pháp được các nhà khoa học sử dụng trong nghiên cứu này được sử dụng rộng rãi trong y học và công nghiệp thực phẩm.

 

Tiếp theo, họ sử dụng máy để kiểm tra các mô hình được tạo ra bằng cách sử dụng phép đo hóa học. Silva nói: "Chúng tôi đã dạy mô hình để xác định hạt giống chất lượng cao và chất lượng thấp. Chúng tôi sử dụng 70% dữ liệu của mình để đào tạo mô hình và sử dụng 30% còn lại để xác nhận". Độ chính xác phân loại chất lượng dao động từ 86% đến 95% đối với hạt cà chua và từ 88% đến 97% đối với hạt cà rốt”.

 

Hai kỹ thuật chính đều chính xác và tiết kiệm thời gian, cho tốc độ chụp ảnh. Thiết bị huỳnh quang diệp lục ghi lại một hình ảnh mỗi giây, trong khi máy phân tích hình ảnh đa quang diện xử lý 19 hình ảnh trong năm giây.

 

Kết quả ngoài mong đợi

 

Một kết quả bất ngờ được tạo ra trong quá trình nghiên cứu. Phương pháp huỳnh quang diệp lục và chụp ảnh đa chiều cũng là những kỹ thuật hiệu quả để sàng lọc giống cây trồng, một phần thiết yếu của việc đánh giá lô hạt giống để tránh thiệt hại về kinh tế. Silva cho biết: “Người trồng mua hạt giống với kỳ vọng năng suất cây trồng nhất định, nhưng sản lượng sẽ bị ảnh hưởng nếu các hạt giống có đặc điểm di truyền khác nhau không được phân tách đúng cách”.

 

Việc sàng lọc hiện được thực hiện bởi các nhà phân tích được đào tạo về các kỹ năng cần thiết để phân loại hạt theo màu sắc, hình dạng và kích thước, cũng như các chỉ thị phân tử nếu có thể. Trong nghiên cứu, cả hai kỹ thuật đều tỏ ra hiệu quả trong việc tách các giống cà rốt nhưng hình ảnh đa diện không đạt yêu cầu trong trường hợp trên các giống cà chua.

 

Silva cho biết: “Nghiên cứu đã tạo ra những kết quả mới về việc sử dụng huỳnh quang để sàng lọc các giống cây trồng. Chúng tôi không tìm thấy nghiên cứu nào trước đây về việc sử dụng huỳnh quang cho mục đích này. Một số nghiên cứu cho thấy hình ảnh đa chiều hiệu quả cho mục đích này, nhưng không phải với thiết bị chúng tôi đã sử dụng".

 

Chia sẻ công cụ

 

Silva cho biết, một cách tốt để chuyển kiến thức do nghiên cứu thu được sang lĩnh vực sản xuất là yêu cầu các công ty phát triển thiết bị để bán cho các nhà sản xuất hạt giống. Bà phỏng đoán: “Có thể sử dụng kết quả nghiên cứu của chúng tôi để phát triển một thiết bị chỉ sử dụng tia UV để xác định chất lượng hạt cà chua và đưa nó ra thị trường.

 

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org

Trở lại      In      Số lần xem: 46

[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
  • Bản đồ di truyền và chỉ thị phân tử trong trường hợp gen kháng phổ rộng bệnh đạo ôn của cậy lúa, GEN Pi65(t), thông qua kỹ thuật NGS
  • Bản đồ QTL chống chịu mặn của cây lúa thông qua phân tích quần thể phân ly trồng dồn của các dòng con lai tái tổ hợp bằng 50k SNP CHIP
  • Tuần tin khoa học 479 (16-22/05/2016)
  • Áp dụng huỳnh quang để nghiên cứu diễn biến sự chết tế bào cây lúa khi nó bị nhiễm nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae
  • Vai trò của phân hữu cơ chế biến trong việc nâng cao năng năng suất và hiệu quả kinh tế cho một số cây ngắn ngày trên đất xám đông Nam Bộ
  • Tuần tin khoa học 475 (18-24/04/2016)
  • Vi nhân giống cây măng tây (Asparagus officinalis L.)
  • Thiết lập cách cải thiện sản lượng sắn
  • Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo, cảnh báo hạn hán cho Việt Nam với thời hạn đến 3 tháng
  • Liệu thủ phạm chính gây nóng lên toàn cầu có giúp ích được cho cây trồng?
  • Tuần tin khoa học 478 (09-15/05/2016)
  • Sinh vật đơn bào có khả năng học hỏi
  • Côn trùng có thể tìm ra cây nhiễm virus
  • Bản đồ QTL liên quan đến tính trạng nông học thông qua quần thể magic từ các dòng lúa indica được tuyển chọn
  • Nghiên cứu khẳng định số loài sinh vật trên trái đất nhiều hơn số sao trong giải ngân hà chúng ta
  • Cơ chế di truyền và hóa sinh về tính kháng rầy nâu của cây lúa
  • Vật liệu bọc thực phẩm ăn được, bảo quản trái cây tươi hơn 7 ngày mà không cần tủ lạnh
  • Giống đậu nành chống chịu mặn có GEN gmst1 làm giảm sự sinh ra ROS, tăng cường độ nhạy với ABA, và chống chịu STRESS phi sinh học của cây Arabidopsis thaliana
  • Khám phá hệ giác quan cảm nhận độ ẩm không khí ở côn trùng
  • Phương pháp bền vững để phát triển cây lương thực nhờ các hạt nano
Designed & Powered by WEBSO CO.,LTD