Метод контроля посадочного материала винограда с помощью микрофокусной рентгенографии

44

Лучевая диагностика, лучевая терапия

УДК 634.8: 778.33

М. А. Никольский, канд. сельскохоз. наук, доцент,

ГНУ «Анапская зональная опытная станция виноградарства и виноделия» Российской академии сельскохозяйственных наук

A. Ю. Грязнов, д-р техн. наук, профессор,

B. Б. Бессонов, ассистент, К. К. Жамова, аспирант,

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)»

Метод контроля

посадочного материала винограда с помошью микрофокусной рентгенографии

Ключевые слова: виноград, виноградные саженцы, диагностика, микрофокусная рентгенография, скрытый дефект, сосудистый некроз.

Keywords: grapes, grape plants, diagnostics, microfocus X-ray, latent defect, vascular necrosis.

Описан метод контроля степени поражен-ности саженцев винограда сосудистым некрозом с помощью микрофокусной рентгенографии. Приведены данные соответствия рентгенографических признаков на теневом рентгеновском изображении развитию саженца и степени его пораженности. Дана оценка перспектив использования метода в практическом виноградарстве.

Посадочный материал имеет исключительно важное значение для формирования высокопродуктивных, жизнеспособных и долговечных насаждений винограда и в процессе роста подвергается воздействию биотических и абиотических факторов среды, которые способны нарушить нормальное развитие отдельных органов и всего растения в целом. Традиционные способы диагностики таких поражений, использующиеся в виноградарстве, базируются на визуальной характеристике или микроскопических исследованиях, трудоемки, требуют специального анализа по каждому виду дефектов и, кроме того, позволяют оценить текущее состояние без возможности прогнозировать последующее протекание процесса [1]. Есть необходимость регистрировать не только внешние, но и внутренние повреждения структуры, зачастую даже косвенно не обнаруживаемые на его поверхности. И здесь большое значение приобретают интроскопические методы неразру-шающего контроля, которые позволяют наблюдать патологические изменения внутренних структур, а не только догадываться об этих изменениях по косвенным признакам.

В течение последних лет на Анапской опытной станции при участии сотрудников Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) проводились работы по визуализации скрытых дефектов привитых виноградных саженцев с целью усовершенствовать рентгенографию саженцев. Для идентификации скрытых дефектов параллельно с рентгенографическими проводились и анатомические исследования [2, 3].

Рентгенография является одним из наиболее перспективных методов регистрации скрытых дефектов у растительных организмов, позволяет визуализировать все его внутренние формообразующие структуры, а следовательно, и их плотностные, объемные и линейные аномалии, не разрушая объект исследования. Микрофокусная рентгенография является наиболее объективным, точным и быстрым методом регистрации скрытых дефектов. Данный метод обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными рентгенографическими методиками, использующимися для анализа объектов исследования [4]. К достоинствам относятся:

• быстрота и сравнительная простота метода (в большинстве случаев);

• однозначность и относительно легкая идентификация результатов;

• высокое качество и детализация изображения, а также возможность наблюдать по рентгенограммам за динамикой процесса;

• высокая точность оценки скрытых дефектов и аномалий.

В конце 1990-х годов в СПбГЭТУ была разработана программа по созданию и внедрению в практику микрофокусных рентгеновских аппаратов, рабо-

тающих под напряжением 50—150 кВ. Совместные исследования, проводимые в СПбГЭТУ и ГНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» Россельхозакадемии, позволили разработать серию рентгенодиагностических установок для исследования различных растений [5]. Конструкция установок позволяет обеспечивать преимущества современной цифровой микрофокусной рентгенографии перед традиционной пленочной технологией визуализации рентгеновских изображений:

• практически мгновенное получение цифровых рентгенограмм, то есть высокая оперативность проводимых исследований;

• возможность цифровой обработки изображений: контрастирования, кадрирования, увеличения, раскрашивания в зависимости от плотности объекта, а также ведения архива цифровых рентгеновских снимков;

• отказ от дорогостоящей рентгеновской пленки, химикатов, проявочного и просмотрового оборудования, то есть фотолаборатории в целом.

При переходе от исследований семян растений (в начале работ они были основным объектом исследований) к исследованию саженцев винограда возникли затруднения, связанные с тем, что для каждого отдельного органа виноградного растения необходимо было индивидуально подбирать режимы съемки. Строение виноградного куста не однородно, в нем выделяются многолетние и однолетние части, которые имеют разный возраст и, соответственно, толщину и плотность тканей. На рис. 1 показано

1 2

3 4

Рис. 2 Принцип съемки черенка с увеличением:

1 — источник излучения; 2 — черенок; 3 — сердцевина; 4 — плоскость изображения; 5 — эпюра распределения потока излучения; 6 — теневое изображение; 7 — сердцевина; 8 — кора; й — диаметр черенка; йи — ширина изображения

строение виноградного побега с рентгенограммами отдельных его элементов.

Побег является одним из основных органов виноградного растения, объединяющий стебель с расположенными на нем листьями и почками, выполняет основные жизненные функции куста. Каждый структурный элемент побега имеет собственное анатомическое и морфологическое строение, что приводит к различиям в линейных характеристиках, а также в показателях плотности. Это приводит к тому, что при рентгенографическом исследовании вегетирующих частей виноградного растения необходимо подбирать индивидуальные режимы съемки для каждого элемента с целью получить максимально информативные рентгеновские снимки.

В силу неоднородного строения виноградного побега (черенка), его теневое рентгеновское изображение тоже имеет неоднородное затемнение, схема возникновения теневого изображения виноградного побега приведена на рис. 2.

В процессе исследований для получения наиболее четких и информативных снимков значительное внимание было уделено правильному выбору режима сьемки объектов исследования. Наиболее оптимальным режимом сьемки оказались напряжение в диапазоне 35,0—40,0 кВ, ток трубки — 150 мкА, экспозиция в диапазоне 0,30—0,35 с (рис. 3). Напряжение и экспозиция варьировали в указанных диапазонах в зависимости от диаметра исследуе-

4

У

5

6

7

Рис. 1

Виноградный побег с рентгенограммами отдельных элементов строения:

1 — коронка побега; 2 — лист; 3 — соцветие; 4 — глазок; 5 —усик; 6 — междоузлие; 7 — узел; 8 — пасынок

Рис. 3

Рентгенограммы черенков винограда при разных режимах съемки: а — 20,0—25,0 кВ, 150 мкА, 0,20-0,25 с; б — 35,0-40,0 кВ, 150 мкА, 0,30-0,35 с; в — 45,0-50,0 кВ, 150 мкА, 0,40-0,45 с

Рис. 4

Рентгенограммы посадочного материала с разной степенью пораженности некрозом: а — отсутствие пораженности некрозом; б — слабая пораженность некрозом; в — средняя пораженность некрозом; г — сильная пораженность некрозом

мых объектов, что позволяло с наибольшей точностью судить о размере, форме и плотности деталей объекта.

В настоящее время одной из наиболее значимых проблем производства посадочного материала является поражение его проводящей системы сосудистым некрозом. Некрозы древесины саженцев винограда являются причиной серьезных нарушений в жизнедеятельности растений винограда. Рано заболевшие некрозом растения заметно отстают в развитии, дают слабый прирост, развивают слабую корневую систему. При слабом проявлении сосудистого некроза процент изреженности виноградных насаждений на третий год посадки составляет 3-4 %, при сильном поражении может достигать 100 %. Для того чтобы диагностировать и определить степень поражения посадочного материала винограда сосудистым некрозом, необходимо проводить продольные или поперечные срезы, что не позволяет сохранить объект исследования в случае отсутствия заболевания. Использование рентгенографии позволяет визуализировать все внутренние формообразующие структуры объекта, а следовательно, объемные и линейные аномалии без разрушения.

Исследования показали, что отмирание тканей сосудов и прилегающих к ним клеток, независимо от типа саженцев, происходит по брюшной и спинной сторонам [6]. Для получения необходимой информации о привитых саженцах достаточно двух снимков (в зоне спайки и пятки), а на корнесоб-ственных — одной (в зоне пятки). Саженцы или черенки располагались таким образом, чтобы плоская и желобчатая стороны были перпендикулярны к пучку рентгеновского излучения.

Некроз сосудистой ткани выражается в запусте-вании сосудов, высыхании их содержимого и клеток обкладки, частичном заполнении омертвевших клеток консервирующими веществами типа танинов. В целом плотность омертвевших тканей становится меньше, что позволяет обнаружить их на рентгеновском снимке в виде темных тяжей вдоль стебля и потемнения разной ширины в зависимости от массы омертвевшей ткани и степени омертвения. Визуальный анализ рентгенограмм черен-

ков и саженцев винограда на предмет пораженности сосудистым некрозом позволил прийти к выводу, что целесообразно оценивать степень поражения черенков в трех градациях: отсутствие, слабая и средняя, а саженцев — в четырех: отсутствие, слабая, средняя и сильная степени поражения (рис. 4). Степени поражения древесины посадочного материала винограда сосудистым некрозом характеризуются следующими рентгенографическими признаками:

• отсутствие пораженности некрозом: достаточно высокая общая яркость образа, характерная линейчатая структура стебля без контрастных переходов, регулярные продольные потемнения сердцевины и коры, могут встречаться единичные тонкие темные линии (рис. 4, а);

• слабая пораженность некрозом: появление темных широких полос по краям проекции, с одной или обеих сторон от сердцевины (рис. 4, б);

• средняя пораженность некрозом: расширение проекции сердцевины и боковых темных полос с обеих сторон от сердцевины, ослабление общей яркости проекции (рис. 4, в);

• сильная пораженность некрозом: общее сильное потемнение проекции, расширение проекции сердцевины и боковых темных полос, единичными становятся тонкие светлые линии первичной ксилемы и оставшихся здоровых сосудов (рис. 4, г).

На рис. 5 представлены графики оптической плотности полученных снимков в поперечном направлении. Анализ оптической плотности рентгенограмм черенка с разной пораженностью некрозом показывает, что при отсутствии пораженности ткани черенка пропускают излучение значительно хуже (снимок в негативе получается значительно светлее) и, кроме того, меняется сам характер «рельефа» снимка — у здорового черенка профиль с покатыми краями и выемкой в центре, располагающейся на месте сердцевины, при сильной пораженности некрозом переходит в профиль с глубокой выемкой посередине, соответствующей высохшей ткани сердцевины, и светлыми полосами, которые показывают уплотнившуюся омертвевшую ткань на границе

300

Ц

§ 200

Ей S

н

о

Ц

о

f 100

1

2\ А \

t у UV 4V W

Литература

37,5 75 112,5 150

Плотность почернения, о. е.

Рис. 5 Профили плотности почернения рентгенограмм черенков с различной пораженностью некрозом: 1 — отсутствие пораженности некрозом; 2 — слабая пораженность некрозом; 3 — средняя пораженность некрозом; 4 — сильная пораженность некрозом

раздела сердцевины и проводящих тканей древесины.

Таким образом, было доказано, что с помощью разработанной методики оценки поражения привитых черенков винограда сосудистым некрозом можно диагностировать заболевание и определить интенсивность его поражения без разрушения черенка. Конечным результатом работы явилась разработка методики для определения степени поражения посадочного материала винограда сосудистым некрозом [7, 8].

1. Никольский М. А., Панкин М. И., Грязнов А. Ю. и др. Определение и классификация скрытых дефектов привитых саженцев винограда. V Всероссийская научная конференция молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». 2007. Т. 1. С. 79-81.

2. Лукьянова А. А., Никольский М. А., Лукьянов А. А. и др. Влияние сосудистого некроза на приживаемость привитых черенков винограда и развитие саженцев в школке // Научный журнал КубГАУ. 2010. № 61(07). URL: http:// ej.kubagro.ru/2010/07/pdf/08.pdf.

3. Никольский М. А., Панкин М. И., Лукьянова А. А. и др. Методические рекомендации по применению рентгеновского метода для экспресс-оценки качества срастания у привитых саженцев винограда. Анапа, 2010. 10 с.

4. Алпатова В. Г., Васильев А. Ю., Кисельникова Л. П. и др. Сравнительная оценка информатичности цифровой микрофокусной рентгенографии с многократным увеличением изображения и радиовизиографии в эксперименте // Институт стоматологии. 2010. Т. 1, № 46. С. 80-81.

5. Архипов М. В., Потрахов Н. Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: Технолит, 2008. 194 с.

6. Лукьянова А. А. Локализация сосудистого некроза в саженцах винограда // Садоводство и виноградарство. 2010. № 4. С. 37-39.

7. Никольский М. А., Жамова К. К., Бессонов В. Б. Методика микрофокусной рентгенодиагностики для определения степени поражения посадочного материала винограда сосудистым некрозом // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. Вып. 1. С. 3-8.

8. Лукьянова А. А., Никольский М. А., Великанов Л. П. и др.

Методические рекомендации по применению микрофокусной рентгенографии для экспресс-оценки пораженности черенков и саженцев винограда сосудистым некрозом. Анапа, 2010. 10 с.

0