Digitální obrazová analýza (DOA) je nedestruktivní metoda, kterou lze využít k hodnocení plodin, zejména při polním zkoušení, šlechtění rostlin i v běžných zemědělských praxích, kde napomáhá eliminovat pracné ruční metody

. Je to metoda založená na automatizovaných postupech vyhodnocování velkých souborů snímků na základě tvarových a barevných charakteristik objektů. Hlavní atributy pro aplikace DOA jsou: výběr zařízení pro snímání, softwaru na tvorbu a zpracování dat včetně statistického vyhodnocení, cíl a objekty hodnocení.

 

V rostlinných biotechnologiích se jedná o laboratorní hodnocení, kde zařízení na snímání (makrostativ, mikroskop, stereomikroskop) jsou propojena s digitální kamerou nebo se využije skener se zvolenými kalibračními parametry (př. Canon 4400F, Canon Inc., Japonsko). Podmínky nastavení odpovídají typu vzorku. Snímky při snímání jsou kalibrovány (µm/px). Zachycené digitální obrázky se ukládají v barevném formátu RGB (formát jp2) s 256 úrovněmi šedé na kanál. Získané obrázky jsou zpracovány a analyzovány pomocí softwarového balíčku NIS-Elements V 3.2 (LIM, Praha, Česká republika). Analýza obrazu spočívá v segmentaci viditelných oblastí na digitálním snímku a v binární transformaci (0 pozadí, 1 objekt) na základě RGB nebo HSI hodnot každého pixelu (červené prahování na obrázku 1), určených k měření a získání dat (hodnot) vybraných parametrů.

 

Na pracovišti Agritec, kde rostlinné biotechnologie jsou zaměřeny na zemědělský výzkum, jsou pomocí DOA porovnávány snímky z různých „typů“ experimentů, například při sledování viability buněčných nebo kalusových kultur, při hodnocení úspěšnosti agrobakteriální nebo biolistické transformace (vyhodnocení explantátů), při sledování počtu a velikosti buněk (mikrospory, průduchy při porovnávání polyploidních a haploidních fenotypů), při sledování velikostí a vlastností kolonií bakteriálních a houbových izolátů (determinace inhibičních zón, dynamika růstu), při sledování účinků efektorů nebo inhibitorů v kultivačních médiích v deskových testech na rozvoj kořenové soustavy v modelových rostlinách (huseníček, Arabidopsis thaliana). Příklady výchozích snímků a jejich zpracování prostřednictvím DOA zachycují obrázky 1. - 3.

 

Prostřednictvím DOA je řešena celá řada biotechnologických témat, například sledování vlivu nových růstových regulátorů nebo bioaktivních látek na růst rostlin, rychlé a objektivní zpracování velkých souborů vzorků inokulačních biotestů na zjištění účinnosti látek na fytopatogenní nebo prospěšné druhy rychle rostoucích organismů, jako jsou například symbiotické bakterie rodu Rhizobium (luskoviny), mikroskopické řasy, mykoparazitické houby rodů Lecanicillium, Isara, Clonostachis

Obrázek 1. DOA - stanovení inhibice růstu, parametr AREA (plocha), velikost zón v px, není provedena kalibrace v případě porovnání, % kontroly (100% růst bez inhibice).

 

Obrázek 2. DOA – měření zabarvené plochy AREA.

 

Obrázek 3. DOA – vyhodnocení mohutnosti kořenové soustavy: měření tloušťky, délky, objemu a počtu kořenů (µm). Obraz jednotlivých rostlin j pořízen na skeneru.

 

autoři fotografií - Iva Smýkalová, Aleš Soukup

 

Zdroje

 

Cvečková M., Smýkalová I., Větrovcová M., Vrbová M.: Metodika testování těžkých kovů pomocí suspenzních kultur konopí setého (Cannabis sativa ssp. sativa L.). Certifikovaná metodika. Agritec, s.r.o. ISBN 978-80-87360-35-4, 1. vydání, 2015.

 

Smýkalová I., Soukup A., Ondráčková E., Matúšová R., Hrouzek P.: Soubor laboratorních in vitro biotestů pro testování bioaktivních látek z mikrořas. Agritec, výzkum, šlechtění a služby, s.r.o. ISBN 978-80-87360-48-4. 1. vydání, 2016.

 

Autor

Ing. Iva Smýkalová, Ph.D.,

Agritec Plant Research, s.r.o.

Zemědělská 2520/16

Šumperk 787 01

Česká republika

www.agritec.cz

 

Tato činnost je finančně podpořena projekty MZe RO2019 a MŠMT ČR COST LD14101.