Биофизические методы исследования семян (Biophysical methods of seed research) - современный уровень научных исследований требует применения инструментальных автоматизированных методов, позволяющих получить больше информации и в более короткие сроки.

В настоящее время в литературе представлен целый ряд биофизических методов исследований качества семян и зерна:

Газоразрядная визуализация (Gas discharge imaging) - метод газоразрядной визуализации (ГРВ) позволяет регистрировать и количественно оценивать свечение, возникающее вблизи поверхности объекта (семени) при помещении его в электромагнитное поле высокой напряженности.

Компьютерная микротомография (Computer microtomography) - существующий и использующийся в настоящее время метод микрофокусной проекционной рентгенографии (Архипов, Потрахов, 2008) не всегда позволяет детально визуализировать дефекты семян, так как обнаружение дефекта зависит во многом от расположения семени на приемнике излучения. Поэтому, микротомографический анализ, с возможностью получения множества проекций и сечений с разного ракурса позволяет существенно дополнить метод проекционной рентгенографии.

Метод компьютерной микротомографии позволяет получить объемное изображение внутренней структуры зерновки (Del Nobile at а1., 2015), а также визуализировать некоторые структурные дефекты, в частности, трещиноватость, поврежденность клопом «вредная черепашка», внутреннее прорастание (Arkhipov at al., 2015).

Лазерная фотометрия (Laser photometry) - одним из оптических методов, пригодных для оценки качества семенного материала является метод лазерной фотометрии, реализованный в виде компьютерного портативного лазерного спектрофотометра «ЛАФОТ», предназначенного для компьютерной регистрации всех эффектов прямого взаимодействия монохроматического излучения с длиной волны 732,8 нм с объектами живой природы, в том числе, семян (Лискер и др., 2000; Лискер, 2013).

Магнитно-резонансная микротомография (Magnetic resonance microtomography) - появление метода магнитно-резонансной микротомографии, или ЯМР-томографии, относят к середине 1980-х гг. (Callaghan, 1991). Прием основан на импульсном методе ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Он сначала получил практическое применение в медицине и в настоящее время широко используется для диагностики костной патологии, травмы мышц и сухожилий, обнаружения опухолей, для оперативного контроля при лечении заболеваний, а также при изучении функциональной активности головного мозга.

По данным (Виноградова, Фалалеев, 2010), магнитно-резонансная микротомография (МРТ) может успешно использоваться при исследовании онтогенеза растений и решении многих вопросов, связанных с контролем водного режима. Особенно перспективно использовать метод при исследовании семян растений, поскольку их водный статус в период набухания и прорастания может влиять на последующее развитие и рост растения. Биологическая роль распределения воды может оказаться важной не только для процессов прорастания, но и для оценки качества семян.

Мультиспектральная визуализация (Multispectral visualization) - наиболее простым способом получения изображений семян является их съемка в видимом диапазоне. Для этого может применяться как стереомикроскоп для работы по методу светлого поля в падающем свете, в комплекте с видеокамерой, так и цифровое сканирование, с использованием обычного сканера. Метод позволяет визуализировать некоторые структурные дефекты семян, например, щуплость и поврежденность клопом «вредная черепашка» (Капусткина, 2009).

Рентгенографический метод (Radiographic method) - традиционная оценка качества семян проводится согласно стандартным методикам, в результате которых семена зачастую оказываются непригодными для дальнейших исследований в лабораторных и полевых условиях.

В этом плане перспективным является неразрушающий метод мягколучевой рентгенографии, позволяющий выявить различные аномалии и исследовать характер связи между особенностями скрытых структурных дефектов семян и их биологическими свойствами. Уникальность метода в том, что биологическая и хозяйственная значимость обнаруженных на снимках дефектов и аномалий может быть выявлена по рентгенограмме отснятых семян с последующим сопоставлением с результатами роста, развития и продуктивностью растений в потомстве.

Такие исследования на примере многих видов овощных растений проводятся учеными Агрофизического НИИ, Санкт-Петербургским государственным электротехническим университетом «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) и ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур.

В связи с большим разнообразием видов овощные растения имеют значительные различия по биологии, морфологии, биохимическому составу и физиологическому состоянию растений и формирующихся на них семян.

Рис. 5. - Примеры рентгенографического признака «травмированность семян»

По этим причинам при использовании семян овощных растений требуются специфические методические решения и материально-техническое обеспечение аналитических процессов.

Рентгенографический метод позволяет определить характер и степень травмированности, выполненность внутренней структуры семян и степень проявления этого признака, что важно для определения назначения и использования, и в дальнейшем разрабатывать меры предупреждения этого явления.

Вследствие изучения заселенности и поврежденности семян вредителями была получена информация, имеющая интерес для производственной практики, особенно, когда семена закладываются на хранение, либо отправляются в другие регионы.

В результате анализа ряда рентгенограмм разных видов овощных растений было установлено, что рентгеновские признаки имеют прямую связь с жизнеспособностью семян. Регулярная «рисунчатость» внутренней структуры семян на примере кресс-салата на рентгеновской проекции свидетельствует об их нежизнеспособности.

Рентгенографический метод - фактически единственная возможность обнаружения «скрытого» прорастания семян. Своевременное установление этого явления в семенной партии имеет большое практическое значение. В связи с широкой коммерциализацией семеноводства при приемке, покупке либо реализации семян необходимо быстро принимать решения о состоянии семян и их направлении использования.

Для дальнейшего решения проблемы было бы ценно разработать методические основы выполнения качественного и количественного анализа химического состава семян. Каждое органическое соединение (белки, липиды, углеводы и др.) вследствие особенностей структуры молекул обладает различными оптическими и рентгенографическими свойствами. На основе этих особенностей, по всей видимости, существует возможность определять наличие и количественное содержание разных веществ в семенах. Важно при этом подобрать соответствующие признаки для конкретных химических соединений, а также найти правильные методические и технические решения (Ф.Б. Мусаев, Н.Н. Потрахов, М.В. Архипов, Н.М. Макрушин, 2016).