POTENCIAL DO BIO-SPECKLE LASER PARA AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DE SEMENTES BIOSPECKLE LASER AS A POTENCIAL TEST OF SEED VIABILITY

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1 POTENCIAL DO BIO-SPECKLE LASER PARA AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DE SEMENTES ROBERTO ALVES BRAGA JÚNIOR 1 ADRIANO DE SOUZA 2 MARIA DAS GRAÇAS G.C.VIEIRA 3 ÉDILA VILELA DE RESENDE VON PINHO 3 HECTOR JORGE RABAL 4 INÁCIO MARIA DAL FABBRO 5 RESUMO Com este artigo, propõe-se uma linha de pesquisa para o desenvolvimento de um teste de viabilidade de sementes a partir da técnica do bio-speckle, baseada no uso do laser e da óptica. Essa técnica apresenta-se com potencial para a eliminação da subjetividade, redução de tempo de análise e automatização do processo de avaliação da viabilidade de sementes. São apresentados resultados da aplicação em sementes de milho, mostrando suas características, levantando os desafios a serem superados e propondo caminhos a serem seguidos. TERMOS PARA INDEXAÇÃO: Semente, laser, viabilidade BIOSPECKLE LASER AS A POTENCIAL TEST OF SEED VIABILITY ABSTRACT - This paper presents a research line for the development of a seed viability test using the biospeckle technique. The biospeckle has a potential to eliminate the subjectivity, to reduce the time analysis INDEX TERMS: Seed, laser, viability INTRODUÇÃO and to make automatic the process of seeds viability analysis. It is presented results of the application this technique in corn seed, showing the caracteristics of the test and indicating the next steps to be followed. A grande competição no mercado de sementes tem exigido investimentos em programas de controle de qualidade, buscando-se possibilitar a detecção de falhas nas diversas etapas do processo de produção, e correções das mesmas, obtendo-se, assim, a certificação das sementes produzidas. No processo de produção de sementes, uma das etapas do controle de qualidade é a avaliação da viabilidade. Um teste ideal para a avaliação da viabilidade seria aquele que permitisse uma análise não-destrutiva, com rapidez, sem subjetividade e de forma automática. Infelizmente, isso ainda não foi possível, entretanto, essas diretrizes se tornam um objetivo comum a ser atingido. A técnica do Bio-Speckle apresenta características interessantes, acrescentando ao teste de viabilidade de semente um caráter mais automatizado, independente do julgamento humano e, portanto, subjetivo, além de permitir maior velocidade ao mesmo. Essa técnica baseia-se na utilização do laser/óptica e do tratamento de imagens, buscando identificar as características da semente em análise por meio da mudança da figura de interferência formada pela bioatividade do material. Dessa forma, a visão que se tem da semente passa a ser outra - a de se estar visualizando áreas de diferentes níveis de atividade após o tratamento das imagens. Trabalhos como o de Neurohr (1991), que buscam correlacionar a emissão de luz em sementes com aspectos de qualidade, têm sido propostos, objetivando, neste caso especial, a realização de um teste nãodestrutivo, porém, evidenciando que ainda é muito cedo para qualquer conclusão. A demonstração da necessidade de buscar melhorias dos testes atuais ou por novas técnicas é evidenciada por Hampton, Kahre e Van Gastel (1996). Howarth e Stanwood (1993) fizeram uma proposta de melhoria do teste do 1. Professor do Departamento de Engenharia da UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS (UFLA) 2. Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPQ

2 Professores do Departamento de Agricultura da UFLA, Caixa Postal 37, Lavras - MG 4. Pesquisador do Centro de Investigaciones Ópticas de La Plata Argentina 5. Professor do Departamento de Máquinas Agrícolas da FEAGRI/UNICAMP tetrazólio, (no sentido de viabilizar a substituição humana na análise dos resultados, o que seria feito então por um processamento de imagem da semente já devidamente colorida pelo tetrazólio. Nesse caso, o autor não propõe a análise por um mapeamento das áreas, e sim uma contabilidade da área viva pela área total. Uma análise de viabilidade, como ocorre no Teste do Tetrazólio, no entanto, necessita de uma identificação precisa do dano, pois a razão entre área viva e área total pode ser alta, mas a existência de um dano em uma região vital da semente pode torná-la não viável. Nesse sentido, um passo natural nessa proposta seria a realização do mapeamento de área e julgamento de viabilidade baseado em banco de dados e em programas computacionais dentro da linha de inteligência artificial. Em Arizaga, Trivi e Rabal (1998), observa-se um experimento envolvendo o bio-speckle, também chamado de speckle dinâmico, em que se obtiveram resultados de iluminação de sementes e de secagem de pinturas. Pelo exposto, este artigo visa a apresentar a técnica do bio-speckle como uma alternativa com potencial para análise do vigor e viabilidade de sementes, mostrando um resultado preliminar e apontando os desenvolvimentos necessários para torná-la uma realidade em atendimento à grande demanda por testes melhores. MATERIAL E MÉTODOS Após testes iniciais realizados no Centro de Investigaciones Ópticas, La Plata Argentina, foram avaliados na Universidade Federal de Lavras as possibilidades de utilização dessa técnica. Para isso, foi realizado um experimento utilizando um laser de diodo, uma lente de dispersão do feixe, uma lupa de aumento de 10 vezes, e um sistema de aquisição digital de imagem composto de uma câmera CCD (charge coupled device ), um processador de imagens, um microcomputador e software para tratamento de imagem ( Image Pro ), como mostra a Figura 1. A semente de milho foi iluminada em duas áreas com níveis de atividade biológica distintas, ou seja, uma área de transição entre o embrião e o endosperma, como pode ser visto na Figura 2. Além disso, foi introduzida na área da semente a ser iluminada uma impureza (látex), com o objetivo de confirmar a inexistência de atividade. A razão para iluminar duas áreas de conhecida atividade, com atividade biológica reconhecidamente distinta, se deve à dificuldade inicial de observar diferenças de movimento em áreas que apresentam atividades relativas muito próximas. Laser Lente Microcomputador Camera CCD Semente Mesa

3 647 FIGURA 1- Esquema do experimento Impurezas FIGURA 2 Foto de uma semente de milho com a região iluminada pelo laser em destaque Como pré-condicionamento, a semente foi emb e- bida em água por 12 horas; em seguida, foi seccionada no sentido longitudinal, com posterior secagem por uma hora em condição ambiente, para evitar o efeito da evaporação da água. As imagens foram então realizadas em intervalo de tempo de um segundo entre cada uma, num total de 30 imagens. O intervalo de um segundo entre cada imagem foi determinado por testes preliminares. Essas imagens foram, então, processadas no programa Image Pro, em uma macro construída especialmente para essa aplicação. O processamento foi baseado na técnica de diferenças generalizadas (Arizaga, Trivi e Rabal, 1998), em que se procurou marcar a área de maior movimento com um nível de cinza mais claro, chegando ao branco, e a área de menor movimento com um nível de cinza mais escuro. O mesmo experimento foi realizado no Centro de Investigaciones Ópticas de La Plata Argentina, com equipamentos similares, em que o laser foi o de He-Ne. Nesse caso, foram iluminadas 20 sementes de milho. RESULTADOS E DISCUSSÃO O resultado do experimento pode ser visto na Figura 3, onde a área iluminada, depois de devidamente processadas as imagens, apresenta um padrão de cinza claro na área de maior atividade biológica e cinza mais escuro na área de menor atividade. Observou-se também que a impureza foi bem reproduzida, obtendo-se uma região mais escura de acordo com o que se esperava. Os resultados conseguidos na Argentina foram similares aos conseguidos no Brasil. Na Figura 4, a semente de milho e a sua imagem processada por diferenças generalizadas podem ser vistas lado a lado. Esses resultados evidenciam a possibilidade de identificação de áreas de diferentes níveis de atividade em uma semente de milho. O maior desafio, então, é identificar em uma região viva, como o embrião, áreas com níveis de atividade biológica distintas, como podem ser conseguidas pelo teste do tetrazólio. Além disso, será muito importante conhecer com detalhes o que ocorre com o laser ao incidir na semente, descobrindo, por exemplo, a influência da umidade nos resultados, avaliar as diferenças entre sementes e realizar o desenvolvimento de um programa computacional capaz de substituir um especialista. Os desafios listados mostram que serão necessários muitas

4 648 etapas e desenvolvimentos até chegar ao objetivo que seria a obtenção de um mapa da semente que pudesse ser interpretado por um programa computacional. A validação dos resultados deve ser feita baseando-se em comparações, por exemplo, com o teste de tetrazólio e testes de germinação. Endosperma Impureza Embrião FIGURA 3 Resultado do processamento da área iluminada pelo laser na semente de milho

5 649 (a) Imagem processada b) Foto da semente FIGURA 4 - Semente de Milho (a) processada pelo Bio-Speckle e (b) sem processamento REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARIZAGA, R.; TRIVI, M.; RABAL, H. Analisis de diagramas de speckle dinamicos utilizando la matriz de coocurrencia. In : RIAO- Encuentro Ibero- Americano de Óptica, 3., 1998, Cartagena das Indias. CD ROM... Cartagena das Indias : Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fisicas y Naturales, p. HAMPTON, J.G.; KAHRE,L.; VAN GASTEL,A.J.G. Quality seed from production to evaluation. Seed Science & Technology, v.24, p , Feb HOWARTH, M.S; STANWOOD, P.C. Tetrazolium staining viability seed test using color image processing. Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.36, n.6, p , NEUROHR, R. Photon Emission-A new method for scanning the quality of Food. Deutsche Lebensmittel-Rundschau, p.78-82, Mar