عکس های سیستم های نوآورانه فتوسنتز برای ارائه تصویری از سلامت گیاهان

محققان یک سیستم تصویربرداری جدید طراحی کرده اند که برای نظارت بر سلامتی محصولات کشاورزی در زمین یا گلخانه ایجاد شده است.

تصویربرداری محصول می تواند ماشین آلات کشاورزی را قادر سازد که به طور خودکار به گیاهان تحت تنش ، واکنش نشان  دهد. تکنولوژی جدید می تواند با فراهم آوردن تجهیزات کشاورزی هوشمند که به طور خودکار گیاهان را با در اولین نشانه های مشکل یا بیماری آب و یا مواد مغذی می دهند، وقت و هزینه قابل توجهی از کشاورزان را ذخیره نماید.

توضیح تصویر فوق : یک سیستم تصویربرداری فلورسنت جدید از یک منطقه تصویربرداری بزرگ برای ارائه اطلاعات در مورد سلامت گیاه استفاده می کند. این دستگاه برای استفاده در گلخانه ها و یا در زمین  کشاورزی طراحی شده است و می تواند روزانه ماشین آلات مزرعه را قادر سازد که به طور خودکار به گیاهان تحت تنش ، پاسخ دهند.( منبع : Haifeng لی، دانشگاه ژجیانگ)

با توسعه بیشتر، این سیستم توانایی استفاده از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین را دارد تا بر محصولات کشاورزی نظارت کند. سیستم تصویربرداری فلورسانس منتشر شده از کلروفیل، رنگدانه ای است که رنگ گیاه را سبز می کند و برای جذب  نور خورشید در گیاهان به منظور ایجاد انرژی از طریق فتوسنتز ضروری است. نظارت بر کلروفیل و اینکه چگونه فتوسنتز در گیاه انجام می شود، اطلاعاتی را در مورد  سلامت و رشد گیاهان ارائه می دهد.

در مجله Optical Community Applics Optics، محققانی تحقیقات خود را به رهبری Xu Liu از دانشگاه ژجیانگ در چین برروی سیستم تصویربرداری جدید انجام دادند . این سیستم می تواند یک منطقه به وسعت ۴۵ به ۳۴ سانتی متر را تصویر برداری کند که حدود چهار برابر بزرگتر از نمایشگرهای کلروفیل تجاری موجود است.

هیفنگ لی عضو گروه تحقیقاتی می گوید:

“اکثر ابزارهایی که برای تصویربرداری فلورسانس کلروفیل مورد استفاده قرار می گیرند، فقط برای استفاده در آزمایشگاه مناسب هستند، اما ما می خواهیم یک سیستم ایجاد کنیم که بتواند سلامت محصول را در یک زمین کشاورزی یا گلخانه نظارت کند.” “منطقه تشخیص بزرگ این محصول ، ما را به این هدف نزدیک تر می کند.”

علاوه بر کمک به کشاورزان برای بررسی سلامت محصولات کشاورزی، سیستم جدید برای مطالعه نحوه پاسخ گیاهان به تغییرات در شرایط رشد و فنوتایپهای با کارایی بالا که یک روش خودکار در تحقیق و توسعه محصول است، استفاده می شود و برای تحلیل اینکه چگونه تغییرات ژنتیکی بر خصوصیات گیاهان تاثیر می گذارند، مفید خواهد بود. این روش همچنین می تواند برای حالت میکروسکوپی اصلاح شود که امکان تصویربرداری از فتوسنتز را درون سلول های گیاهی فراهم می کند.

لی می گوید :

“تصویربرداری فلورسانس کلروفیل در تحقیقات علمی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.” “سیستم ما اجازه می دهد که این تکنیک به فراتر از آزمایشگاه برسد، جایی که از آن برای تولید و مطالعه محصولات با عملکرد بالاتر استفاده شود.”

داده های بیشتر، تصویری بهتر فراهم می کند . ناحیه تصویربرداری محدود در نمایشگرهای فلورسانس کلروفیل موجود در بازار، این ابزارها را به تصویربرداری، حداکثر یک یا دو نهال در یک زمان محدود می کند. در واقع، برخی ازآنها تنها یک برگ چند برگ فلورسانس جذب می کنند. از آنجا که فتوسنتز می تواند از گیاهی به گیاه دیگر و حتی از برگی به برگ دیگر متفاوت باشد، باید تصاویر زیادی از رشد کل محصول به دست آید.

در یک تصویر، تصویرگر جدید محصول می تواند فلورسنس را از هفت یا هشت نهال جذب کند که بستگی به اندازه آنها دارد. این گیاهان اضافی اطلاعات کافی برای دریافت یک تصویر واقعی از سلامتی محصول از یک تصویر ارائه می کنند. محققان همچنین یک مکانیسم اسکن را ایجاد کردند که سطح تصویربرداری را تا عرض ۲ متر افزایش می دهد.

لی می گوید :

“با به دست آوردن مقدار زیادی از داده ها، سیستم ما می تواند خطا در تجزیه و تحلیل وضعیت فیزیولوژیکی محصول و کارایی نظارت بر شرایط رشد گیاهان را بدون نیاز به تکرار نمونه برداری ، کاهش دهد.

 

روشنایی منطقه بزرگ

تشخیص فلورسنس از کلروفیل نیاز به نور دارد که موجب تحریک مولکول های کلروفیل شده و موجب انتشار نور می گردد. محققان از ۱۶ ماژول نورپردازی استفاده کرده اند که هر کدام یک LED پرقدرت برای ایجاد این نور تحریک می باشند.

برای هر یک از ماژول های روشنایی، محققان مجموعه ای از لنزها و اجزای نوری را ایجاد کردند که زمینه روشنایی مستطیلی را از طریق یک فرایند به نام تغییر مکان نقطه ایجاد می کند . نور از هر ماژول بر روی مرکز تصویربرداری متمرکز شده و به منظور روشنایی قوی و حتی روشن ایجاد شده است. 

محققان این دستگاه جدید را برای کاشت نهال خیار در شرایط تنش زا که شامل کمبود آب یا نیتروژن بود، آزمایش کردند. در هر دو مورد این دستگاه تغییرات در فلورسنس کلروفیل را نشان داد که با کاهش سلامتی گیاه در طول زمان ارتباط داشت.

محققان اکنون تلاش می کنند تا با استفاده از تکنیک های تولید، از جمله استفاده از پوشش های لنز، که برای ساخت قطعات نوری استفاده می شود، افزایش مصرف انرژی نور سیستم را بهبود بخشد. آنها همچنین قصد دارند وزن و حجم تصویرگر را کاهش دهند تا آن را برای استفاده در زمین کشاورزی و گلخانه ای مناسب تر سازند.


تاریخ انتشار مقاله علمی :

۷ دسامبر ۲۰۱۷

منبع اصلی :

انجمن نوری

http://dx.doi.org/10.1364/AO.56.009762

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پانزده − نه =