利用自组织映射分析图像的真菌菌落生长小麦种子消毒,臭氧治疗

文摘

我们提交给臭氧治疗小麦(普通小麦)种子被真菌污染的严重。真菌菌落发达当种子在培养皿放置在麦芽汁琼脂培养基;镰刀菌素sp。和链格孢属sp。被确定。然而,传统的菌落计数不允许一个清晰的评估臭氧消毒的效果。我们因此使用自组织映射(索姆)进行图像分析的殖民地面积明显表现出显著的消毒效果镰刀菌素sp。

1。介绍

谷物种子必须满足几个质量标准,特别是好的发芽的效力(85% 8天后)和卫生状态(没有麦角菌属紫竹)。更一般的,低污染等真菌镰刀菌素、Septoria或链格孢属建议播种后获得良好的性能。此外,种子会导致真菌毒素的真菌污染生产如黄曲霉毒素B1, B2, G1, G2, M1,赭曲霉毒素A,玉米烯酮,fumonisin [1]。因此惯例与抗真菌分子治疗的种子,但这将导致明显的环境问题甚至担忧安全处理种子的包装。替代方案可能会成为未来的广泛传播,必须进行调查。

其中,臭氧是著名的以其效率作为表面消毒剂,特别是当它没有有毒残留物一旦转化为氧气。它也证明了积极对真菌毒素(2]。稳定的纯气体臭氧是大约3天20°C和落在大约半个小时在实用条件下(3]。作为一个有效的氧化剂,它是有效的对克−或g +细菌、真菌、病毒、原生动物和细菌或真菌孢子。除了其在水环境卫生,使用它也提出了降低各种病原微生物污染植物种子或灯泡(小麦属植物sp。,芸苔属植物sp。,玉米,大麦sp菜豆sp,向日葵sp。(…)1,4,5]。臭氧的决定性的优势是其低毒性细菌可以保护种子萌发性能好。

几种方法可以用来评估臭氧消毒效率。除了直接表面目视检查,还可以洗一个种子,显微镜下检查解决方案收集由此识别异物(sclerotes,孢子,…)。一个也可以孵化了一个种子特别的培养基的5到7天在合适的温度和光照条件,观察殖民地发展(6,7]。真菌鉴定然后执行从宏观和显微特征。

我们使用这种方法来评估臭氧表面消毒性能小麦(普通小麦)种子。严重污染的样品镰刀菌素在培养皿中培养在麦芽汁琼脂培养基。真菌菌落数和确定。但是它似乎我们更彻底的审查结果是必要的。虽然殖民地编号没有强烈的臭氧化效应,殖民地面积明显减少。

我们因此使用自组织映射(索姆)分析表面的殖民地区域。索姆是一个特殊的学习分类的人工神经网络输入向量(这里像素的RGB强度数据)根据输入空间中如何分组。他们不同于竞争层相邻的神经元的自组织映射学习识别输入空间的周边部分。因此,索姆学习分布(如竞争层)和输入向量的拓扑他们训练(8]。索姆已经使用成功地执行复杂的图像分割,特别是来自不同食品如饼干、炸薯片、土豆(9- - - - - -12]。在目前的情况下,几个索姆被训练模拟拓扑不同的真菌菌落颜色。这允许快速、轻松地区分不同的真菌物种而避开事先去除图像背景的必要性。

这种方法显示出明显的抑制镰刀菌素增长臭氧处理后,种子发芽能力保留超过95%。臭氧化从而有资格作为一个有效的治疗种子表面消毒,而SOM使用允许微调图像分析的真菌菌落。

2。材料和方法

小麦种子从Jorion SA, Hacquegnies,比利时。一个特定的样本的简历Louisart(水分14 3%)被选为其巨大的污染镰刀菌素。

电晕放电产生的臭氧是使用台式发生器(C-Lasky系列臭氧发生器C-L010-DT, AirTree科技欧洲有限公司德国),最大生产的2 g / h时,美联储与大气中的空气。气流和电晕放电功率可以调整。

种子样本(60克)被放置在一个圆柱形容器(直径15厘米)。他们被暴露在一个已知的臭氧处理时间由渗透气体流量(5 L /分钟0 8毫克臭氧/ L)的发电机通过一个多孔底。船舶动摇了每一分钟在操作过程中,以确保气体和颗粒表面均匀接触。

充满麦芽汁琼脂培养皿(Biokar诊断、法国)被用于真菌检测。对于每一个试验,总共有300颗种子定居在30个培养皿。在一个特定的培养皿种子是定居在中心,和其他九个解决等距的边缘(图1)。控制样本使用,未经处理的种子和种子商业接受适乐时(比利时fludioxonil、先正达作物保护NV)。菜在培养7天20°C,在黑暗中。殖民地清点,检查两个宏观和微观识别真菌物种,在先前发表的方法(详细6,7]。菌落计数进行种子的种子。一些种子显示没有真菌生长。大多数显示增长一个真菌物种和计算一个物种。一些显示增长几个种类,统计每一个物种之一。

培养皿被定位在一个天蓝色背景照明内阁(GTI MiniMatcher, GTI图形技术,钮,美国)配备两个6500°K daylight-balanced荧光灯。内阁两边排列着镜子边境阴影最小化。

数码相机(尼康Coolpix 4500)是用于图像(图1在jpeg格式)(像素)。白平衡修正被激活。图像(8位)2011年被导入MATLAB软件(MathWorks公司纳蒂克,美国)。

三个二维的索姆(六角网络)每个神经元都使用MATLAB创建的神经网络工具箱。网络只仅限于二维的平面形状相匹配的RGB值两种真菌菌落类型(链格孢属sp。和镰刀菌素sp。)和图像的背景。这些索姆被训练使用三个合成图像由抽样代表的地区的殖民地链格孢属sp。从镰刀菌素sp。殖民地,或从图像背景(图2)。

这使得占整个复杂的颜色出现在殖民地。在训练的迭代,SOM逐步展开匹配颜色的像素分布的形状和拓扑(图3)。

训练有素的索姆被用来执行分割的图像(图4)。为每个像素呈现SOM,单个神经元获胜会是最接近这些特定像素的RGB坐标。获胜神经元之间的欧氏距离和像素坐标计算,用来决定是否考虑像素的一部分链格孢属的殖民地,镰刀菌素殖民地,或没有人(因此被背景)。在殖民地,像素的数量比总像素数量的培养皿中最终提供一个估计的菌落表面百分比。

Seed-germinative能力被测试评估每个治疗400个种子,放在四篇盒(100种子)。

文章框是21厘米,宽12厘米,高8厘米,防止水蒸发。萌发下层由混合87%用13%水干燥的白色沙滩。这个基础然后处理在盒子的底部,以一个恒定的高度2厘米(约820克/盒)。

100年每个箱子,等距的小洞通过沙子的多孔钉板(钉子突出1厘米)。每一个洞然后收到种子,带盖子的盒子是第一次培养7天6 - 7°C冷冻柜。然后他们停留8天在调温内阁22°C点燃12霓虹灯管(飞利浦TL-D58W / 54 - 765)的周期12天时间和晚上的12个小时。最后收集盒,发芽的种子数。

3所示。结果

小麦种子、各种各样的Louisart,暴露在臭氧治疗不同的时间然后在培养皿中培养7天。真菌菌落发达,分别确定为镰刀菌素sp。和链格孢属sp。(图1)。

殖民地数量计算。如图5,结果产生了非常贫穷的信息由于大分散。唯一的显著影响是更多的健康的种子,当处理适乐时。然而,可以看到没有显著的影响链格孢属或镰刀菌素计数。

然而更彻底的检查培养皿暗示存在臭氧处理对殖民地的影响表面。为了验证这一点,我们测量菌落表面通过SOM的图像分析方法。

如图6种子处理,适乐时导致小得多镰刀菌素殖民地(约3倍);没有观察到显著的影响链格孢属殖民地。种子处理和臭氧也小得多镰刀菌素殖民地(约3倍)。然而,一个重要的观察效果链格孢属殖民地,与表面两个更大的治疗后。

图7显示的表面之间的线性负相关镰刀菌素和链格孢属殖民地,臭氧处理对种子。我们看到,减少镰刀菌素表面导致增加链格孢属表面上看,相关系数为0.71。

我们也从不同的治疗与种子萌发进行化验。所有种子保留相同的发芽能力比控制,也就是说,超过95%,除了种子处理臭氧超过10分钟在我们的实验条件,在发芽能力降低到90%。

4所示。讨论

使用SOM运作细分的真菌菌落在培养皿中被证明是非常有效的图像,作为已经在先前的研究[9- - - - - -12]。我们能够获得快速和简单的图像处理,与很好的分割之间镰刀菌素sp。和链格孢属sp。殖民地。整个殖民地表面被选,由于SOM考虑的两种类型的真菌菌落的颜色。

如前所述(1,13),我们观察到气体臭氧处理的效果减少真菌污染种子没有发芽的障碍,除了延长臭氧治疗。然而,我们的SOM方法测量表面占领的殖民地可以获得更精确和详细的数据,导致更好地了解治疗效果。首先,一个简单的计数菌落数量显示无显著减少除外适乐时控制。通过菌落表面分析,我们也观察到两者的减少镰刀菌素和链格孢属增长后适乐时治疗。本产品是因此高效真菌物种。臭氧处理有不同的效果,有效的镰刀菌素只:它导致下降镰刀菌素表面占领(的数量镰刀菌素殖民地并不减少,但殖民地更小)和增加链格孢属表面占领。因此,减少了增长镰刀菌素允许链格孢属占据更多的表面培养皿。两个原因可以解释臭氧的低毒性链格孢属。链格孢属可能不太容易受到臭氧毒性,由于更有效的孢子抵抗力。同时,链格孢属可以深入解决种子外皮,从而减少暴露于臭氧攻击。

5。结论

从这,我们得出结论:选择性消毒剂臭氧是一种比适乐时上,有效地镰刀菌素。增强的增长链格孢属是由于较低的竞争镰刀菌素被臭氧治疗。会使用这种方法来获得感兴趣的详细数据对种子消毒更多种类的真菌污染物。

图像处理的殖民地SOM分割被证明是一种有效的方法。还有测试其局限性的殖民地呈现紧密匹配的颜色。

确认

作者感谢Jorion s。(比利时Hacquegnies)提供小麦种子从认证的起源有针对性的微生物污染(镰刀菌素sp。)。这项研究是由欧盟通过第一高级成员“DOZOSEM。”

引用

1. f . Ciccarese n . Sasanelli a . Ciccarese t . Ziadi l·曼奇尼,“种子灭虫法,臭氧治疗,”IOA会展的诉讼瓦伦西亚,西班牙,2007。视图:谷歌学术搜索
2. c . t . Dwarakanath e·t·雷纳·g·e·曼恩和f . g . Dollear”减少棉籽和花生中的黄曲霉毒素含量由臭氧化食物,”美国石油化学家协会杂志》上,45卷,不。2、93 - 95年,1968页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. w·Masschelein臭氧等臭氧化成立、技术和医生,1991年。
4. m·a·Khadre a·e·尤瑟夫和j·g·金,“臭氧应用于食品微生物方面:复习一下,”食品科学杂志,卷66,不。9日,第1252 - 1242页,2001年。视图:谷歌学术搜索
5. r·g·赖斯最近的臭氧在食品加工中的应用和环境卫生、食品安全》杂志,2002年。
6. r .冠军,Les蘑菇Transmis Les Semences不相上下INRA,巴黎,法国,1997年。
7. b . Mathur和o . Kongsdal常见的实验室种子健康检测方法检测真菌国际种子检验协会,Bassersdorf,瑞士,2003。
8. r . j . Schalkoff人工神经网络麦格劳-希尔,1997年。
9. t . Marique s Pennincx, a . Kharoubi”图像分割和瘀伤识别使用Kohonen土豆的自组织映射”食品科学杂志,卷70,不。7,E415-E417, 2005页。视图:谷歌学术搜索
10. l·g·c·Hamey j·c·h·叶和c Ng,“客观评估使用图像分析和人工智能,烤”学报》第47届澳大利亚谷物化学会议,页180 - 184,澳大利亚皇家化学研究所,珀斯,澳大利亚,1997年。视图:谷歌学术搜索
11. l·g·c·Hamey j·c·h·叶c·t·威斯克和美国刘贤美唱,“预处理彩色图像自组织映射:烘干曲线识别和图像分割,烤”第14届国际会议模式识别学报》上布里斯班,澳大利亚,1998年。视图:谷歌学术搜索
12. j·c·h·叶l·g·c·Hamey t·威斯克和美国刘贤美唱,“色彩烘烤使用混合人工神经网络检测系统,”《IEEE国际会议上神经网络,1卷,页37-42,珀斯,澳大利亚,1995年12月。视图:谷歌学术搜索
13. a·拉伊拉•a . Lugauskas d . Steponavicius m . Railiene a . Steponaviciene和e . Zvicevicius”应用臭氧减少真菌学的感染小麦谷物,”农业与环境医学年鉴,13卷,不。2、287 - 294年,2006页。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2012蒂埃里Marique et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。