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A Granja

Sementes: a era das imagens digitais em laboratório

Publicado em 01 janeiro 2019

O uso de imagens digitais é uma realidade crescente nos laboratórios de análise de sementes do Brasil e do mundo. Esse fato é um dos reflexos positivos da era digital marcada por invenções como o microprocessador, a rede mundial de computadores, a fibra óptica, o computador pessoal e os telefones inteligentes.

As imagens digitais são formadas por um conjunto de pontos definidos por valores numéricos e cada ponto representa um pixel. Portanto, pixel é o menor elemento de uma imagem digital. Geralmente, uma imagem digital é composta por milhares de pixels, e, a cada pixel, é atribuída uma cor com ampla possibilidade de variação. Por exemplo, em uma imagem colorida RGB (Red-Green-Blue) de 8 bits existem 16,7 milhões de possibilidades de cores para um único pixel.

Essa informação individual de cor, pixel a pixel, é fundamental para identificar alterações dificilmente perceptíveis pela visão humana, constituindo-se em um eficiente procedimento para propiciar acurácia, precisão e rapidez nas avaliações relacionadas à qualidade de lotes comerciais de sementes. No decorrer das últimas duas décadas, com o declínio do custo e o aumento da capacidade de processamento dos computadores, os sistemas de análise de imagens têm se tornado mais acessíveis na inspeção automatizada da qualidade de se- mentes. Várias técnicas de análise de imagens envolvendo avaliação de características físicas, fisiológicas, genéticas e sanitárias vem sendo inseridas nos programas de controle de qualidade dos laboratórios para análise de sementes.

Por exemplo, o uso da visão computacional (técnica de inteligência artificial que simula a visão humana) por meio da captura das imagens de sementes e plântulas utilizando câmeras ou escâneres, seguida do processamento e da análise das imagens, tem permitido avaliar diferentes atributos, como tamanho, forma, textura e coloração de sementes individuais, com alta acurácia e precisão, prevenindo erros humanos decorrentes de fatores associados a diferentes condições experimentais.

A visão computacional já vem sendo utilizada para avaliar sementes de várias espécies de plantas cultivadas e não cultivadas. Esse método tem sido utilizado, por exemplo, na identificação de sementes de espécies nocivas (plantas daninhas) misturadas com sementes de plantas cultivadas, classificação de cultivares, detecção de doenças e caracterização de variações na coloração do tegumento de sementes em consequência da maturação desuniforme. Outras aplicações dessa técnica nos laboratórios de sementes estão associadas ao monitoramento da germinação, com base em algoritmos para identificação de alterações de tamanho e forma das sementes até a emissão da raiz primária e, até mesmo, avaliação do crescimento de plântulas.

A avaliação da germinação e a identificação de lotes de sementes de alta performance é fundamental para a obtenção de altas produtividades, e, para atingir esse objetivo, as informações fornecidas pelos laboratórios de sementes sobre o potencial fisiológico dos lotes testados devem ser altamente consistentes. Nesse sentido, a utilização de sistemas computadorizados baseados no crescimento de plântulas visando à determinação do vigor de lotes de sementes, tem sido cada vez mais frequente nos laboratórios de análise de sementes. Um exemplo desse método é representado pelo sistema Vigor-S, desenvolvido a partir de um convênio de cooperação técnica entre a Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, da Universidade de São Paulo (Esalq/USP) e a Embrapa Instrumentação, com apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

A análise é realizada a partir de imagens de plântulas digitalizadas por meio de um escâner, sendo as partes das plântulas identificadas e marcadas por software específico. Após o processamento das imagens pelo computador, são obtidos dados do comprimento do hipocótilo, da raiz primária e da plântula inteira, da relação hipocótilo/raize índices de vigor, decrescimento e de uniformidade de crescimento das plântulas.

Além da visão computacional, que avalia basicamente a morfologia externa de sementes e plântulas, a análise radiográfica é um importante método para inspecionar a morfologia interna de sementes de uma forma não destrutiva. Isso significa que, após a obtenção da imagem de raios X, a semente pode ser submetida ao teste de germinação ou de vigor e associar o resultado com possíveis alterações observadas na imagem radiográfica. Os raios X são ondas eletromagnéticas de comprimentos entre 0,01 e 10 nanômetros (e energias de aproximadamente 0,12 a 12 keV), com a propriedade de penetrar nos materiais (biológicos ou não) em maior ou menor intensidade, dependendo da densidade (quantidade de material por milímetro cúbico) e da composição química.

Assim, a imagem radiográfica permite a análise detalhada da estrutura interna de sementes, pois estas se tornam transparentes (com maior ou menor grau de atenuação) quando submetidas a esse tipo de radiação. A análise radiográfica consiste em um procedimento muito eficiente para identificação de sementes malformadas e vazias, sementes com alterações nos tecidos internos provocadas pela ação de microrganismos e com injúrias provocadas por agentes bióticos ou abióticos, como, por exemplo, fissuras internas causadas por secagem inadequada, injúrias mecânicas e danos provocados por insetos no campo de produção ou no armazenamento.

Raio X

O teste de raio X é um método rápido para avaliação de sementes infestadas quando comparado ao procedimento tradicional que é baseado no exame individual de duas repetições de 100 sementes, quase sempre com realização de corte das sementes previamente umedeci- das para observação da estrutura interna.

Para comercialização de sementes de milho, por exemplo, o máximo permitido de sementes infestadas na amostra analisada é de 5%. Portanto, a avaliação de sementes infestadas é indispensável nos laboratórios das empresas produtoras de sementes dessa espécie, demandando muito tempo e mão de obra para a obtenção dos resulta- dos. Essa mesma análise utilizando imagens radiográficas e algoritmos específicos para identificação e contagem do número de sementes infestadas leva cerca de dois minutos para uma amostra de 100 sementes.

A análise de sementes é uma atividade dinâmica, caracterizada pelo contínuo desenvolvimento de métodos ou do aperfeiçoamento dos já existentes. Vários outros métodos de análise de imagens têm sido investigados pela pesquisa, como as imagens hiperespectrais, a fluorescência de clorofila e a imagem por ressonância magnética. Essas técnicas, de modo geral, caracterizam-se como métodos não destrutivos para análise de sementes individuais e com propriedades para extrair informações sobre características genéticas, físicas, fisiológicas e sanitárias de sementes.

Além disso, as informações podem ser armazenadas em banco de da- dos aumentando a transparência e a confiabilidade nas determinações. Não há dúvidas que, com a integração dessas técnicas de análise de imagens com os procedimentos clássicos para análise de sementes, haverá significativo aumento na eficiência dos processos para determinação da qualidade dos lotes de sementes. A expectativa é que, em um futuro não muito distante, esses procedimentos já estejam inseridos nas análises de rotina dos laboratórios das empresas produtoras de sementes do Brasil.