Публикации автора:
-
Methodology for hyperspectral imaging of pine shoots under laboratory conditions
Масштабный мониторинг фенологии растительности средствами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), оснащенных спектральными сенсорами, дает уникальную информацию о состоянии растительного покрова, климатических процессах, развитии экологических систем. Вместе с тем дистанционная фенология вечнозеленых растений в отличие от листопадных растений, имеет ряд проблем. Это выбор эффективных для описания фенологии вегетационных индексов, диагностика состояний вегетации и покоя и др. Решить эти задачи можно в лабораторных условиях, в которых отсутствуют проблемы с пространственным, временным и спектральным разрешением, характерные для ДЗЗ. Вместе с тем, при спектральной съемке листьев или побегов растений с близкого расстояния остается проблема смешанных пикселей, объединяющих фон и растительный объект. Целью исследования был поиск оптимальной компоновки побегов сосны для гиперспектральной съемки в лабораторных условиях. Объектом исследования послужила Pinus sylvestris L. Протестированы два варианта компоновки побегов для гиперспектральной съемки в виде отдельного ауксибласта (первый вариант) и брахибластов, уложенных плотно в несколько рядов (второй вариант). Способ компоновки побегов сосны, существенно повлиял на средние значения нормализованного относительного индекс растительности (NDVI) и индекса фотохимического отражения (PRI), но не повлиял на значения индекса отношения содержания хлорофиллов к каротиноидам (ССI). При этом полиномиальные линии регрессий NDVI и PRI в первом и втором вариантах параллельны, а для ССI совпадают. Поэтому вариант компоновки побегов является не принципиальным для определения тренда временного ряда. Это может иметь значение для определения количественных характеристик фенологического развития сосны по временным рядам спектральных характеристик, таких как начало и завершение периода вегетации. Значения NDVI и ССI в обеих вариантах не распределяются по нормальному закону. Второй вариант компоновки побегов приближает распределение значений PRI к нормальному типу. Поэтому сезонная динамика сосны может быть описана в виде временных рядов медианы NDVI и ССI и временных рядов средней арифметической PRI.
-
Floristic diversity of segetal vegetation of agrocenoses of grain crops of the Northern Azov region
В структуре российского растениеводства лидирующее положение среди зерновых культур занимает озимая и яровая пшеницы. Более 70% посевов зерновых засорены в сильной и средней степени, поэтому очевидна необходимость борьбы с сорняками. Изучение флористического разнообразия сегетальной растительности является обязательным условием оценки состояния агроценозов и мер их защиты Сатья посвящена актуальной проблеме - описанию флористического состава сегетальной растительности агроценозов озимой пшеницы и ярового ячменя Северного Приазовья Проанализировано флористическое разнообразие сегетальной растительности агроценозов озимой пшеницы (Triticum aestivum) и ярового ячменя (Hordeum vulgare) Северного Приазовья. Приведены таксономический и биоморфологический анализы. Проведена классификация жизненных форм сегетальной растительности по И.Г.Серебрякову и К. Раункиеру. Исследования проводили на посевах озимой пшеницы и ярового ячменя в пределах Мясниковского, Неклиновского и Аксайского районов Ростовской области. Всего было выполнено 1106 геоботанических описаний (1082 описания на агроценозах озимой пшеницы и 24 описания на агроценозах ярового ячменя). Показано, что несмотря на значительное различие между количеством видов сорных растений в агроценозах озимой пшеницы и ярового ячменя, типологический состав сорного компонента во многом схож. Соотношение жизненных форм выявило преобладание однолетников яровых по И.Г. Серебрякову (38,5% для агроценозов озимой пшеницы и 45 % для агроценозов ярового ячменя) и терофитов по К. Раункиеру в посевах обоих культур (42,3% для агроценозов озимой пшеницы и 50% для агроценозов ярового ячменя).
-
Seasonal dynamics of NDVI among the maple species
В работе была предпринята попытка с помощью гиперспектральной камеры в контролируемых условиях лабораторного эксперимента получить уникальные кривые сезонной динамики значений NDVI, позволяющие идентифицировать виды клена. Объектами исследования послужили образцы Acer campestre L., Acer negundo L. и Acer saccharinum L. Съемка листьев кленов проводилась в лабораторных условиях с помощью гиперспектральной камеры Cubert UHD-185 при искусственном освещении. Для контроля результатов осуществлялось определение содержания хлорофилла а спектрофотометрическим методом. Исследования проводили в течение периода вегетации кленов от фенологической фазы «полное развертывание листьев» до фенологической фазы «начало осеннего расцвечивания листьев». Установлено, что сезонная динамика значения NDVI сходна с динамикой хлорофилла а, рассчитанной спектрометрическим методом. Эмпирические линии регрессии величины NDVI у всех трех видов клена в большинстве сроков съемки синхронны, в особенности в зоне максимума и минимума. Вместе с тем разница между видами кленов по NDVI выражена не так резко, как у хлорофилла а, хотя в большинстве сроков съемок значение NDVI у A. campestre выше, чем у остальных двух видов кленов. Предполагаем, что NDVI signature не может быть использована для разделения видов рода Acer. Однако, для идентификации родов, значительно различающихся по фенологии, использование NDVI signature является вполне возможной.
-
Identification of weed plant species in agrocenoses of winter wheat according to hyperspectral survey data
В работе предпринята попытка оценить возможность использования вегетационных индексов, рассчитанных по данным гиперспектральной съемки, для идентификации сорных видов растений в агроценозах озимой пшеницы. Объектами исследования послужили образцы Buglossoides arvensis (L.) I.M. Johnst., Galium humifusum M. Bieb., Lamium amplexicaule L., Setaria pumila (Poir.) Roem. & Schult. и Sinapis arvensis L. Изучение спектральных характеристик выбранных объектов проводились с использованием кадровой гиперспектральной камеры Cubert UHD185. Фиксировалось отраженное электромагнитное излучение от образцов в диапазоне 450–950 нм. По данным спектральной съемки было рассчитано по 80 вегетационных индексов для каждого образца. Для сравнения средних значений вегетационных индексов был применен однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA), метод Random forest (RF) и Principal component analysis (PCA). Полученные результаты подтверждают возможность использования гиперспектральных сенсоров для индентификации сорных видов растений в агроценозах озимой пшеницы по данным гиперспектральной съемки с помощью вегетационных индексов.
-
Влияние различных фитогормонов на мультипликацию шалфея австрийского (Salvia austriaca Jacq.)
В статье рассматривается влияние таких фитогормонов как 6-бензиламинопурин, нафтилуксусная кислота и индол-3-уксусная кислота на мультипликацию шалфея австрийского (Salvia austriaca Jacq.) в культуре in vitro. Шалфей австрийский – лекарственное, эфирномасличное, медоносное и декоративное степное травянистое растение, включен в Красную книгу РО с категорией статуса редкости 2 а. Исследование проводилось на базе лаборатории клеточных и геномных технологий растений Ботанического сада ЮФУ. В качестве первичного экспланта использовались семена из коллекции Ботанического сада ЮФУ. Стерилизация и высадка всех эксплантов осуществлялась в ламинар-боксе. Для культивирования применялась среда Мурасиге-Скуга. В качестве контроля использовалась среда Мурасиге-Скуга без добавления фитогормонов. Оценка эффективности мультипликации проводилась через 21 день. Коэффициент мультипликации рассчитывался как количество новых побегов. Наибольший коэффициент мультипликации наблюдался на среде с добавлением 0,5 мг/л 6-бензиламинопурина и 0,1 мг/л нафтилуксусной кислоты. Данная концентрация фитогормонов рекомендуется для микроразмножения шалфея австрийского. Концентрация ауксинов (ИУК и НУК) 0,3 мг/л приводила к снижению эффективности мультипликации шалфея австрийского. На всех протестированных средах высота побега была приблизительно одинакова и статистически значимых отличий выявлено не было. Также при большой концентрации фитогормонов наблюдались физиологические аномалии.
-
Catalpa speciosa (Warder ex Barney) Warder ex Engelm. и Armeniaca vulgaris Lam. в пространстве вегетационных индексов CARI, CRI2 и CSI5
В статье описывается опыт использования данных гиперспектральной съемки малогабаритной кадровой гиперспектральной камерой Cubert UHD 185 Firefly для идентификации двух видов деревьев Catalpa speciosa (Warder ex Barney) Warder ex Engelm. и Armeniaca vulgaris Lam. Камера фиксирует отраженное электромагнитное излучение от объектов в диапазоне от видимого до ближнего инфракрасного спектра, записывая данные размером 1000 × 1000 пикс. в виде одного панхроматического и 125-и гиперспектральных изображений, размером 50 × 50 пикс. Вследствие своих компактных размеров и малого веса камера может быть установлена на беспилотный летательный аппарат (БПЛА) и использована для целей мониторинга и инвентаризации зеленых насаждений. Применение методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в мониторинге растительного покрова позволяет оперативно проводить исследование больших площадей, в том числе удаленных и труднодоступных за короткий срок, получая при этом больше информации и сводя к минимуму ошибки. Цель данной работы – сбор и анализ гиперспектральных данных для разработки технологии инвентаризации зеленых насаждений с использованием гиперспектрального комплекса на базе БПЛА. Всего для 7511 спектральных профилей двух исследуемых видов было рассчитано по три вегетационных индекса: Chlorophyll Absorption Ratio Index, Carotenoid Reflectance Index и Carter Stress Index. Показана возможность отличить два вида по спектральным характеристикам их листьев на примере Catalpa speciosa и Armeniaca vulgaris.
-
Method for calculating the average expected heterozygosity of cenopopulations of Quercus robur L. (Fagaceae) from different ecotopes
В статье описываются два методических подхода по расчёту средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов. Изученные 13 ценопопуляций дуба черешчатого на территории Ростовской области, в зависимости от условий их произрастания, были разделены на три экотопа. Экотоп байрачных лесов – это древесные насаждения, которые произрастают только по склонам балок (байраков). Экотоп аренных лесов – это древостои, находящиеся на аренах (песчаных массивах надпойменных террас). Экотоп пойменных лесов – это ценопопуляции, расположенные в пойме реки. Исследование генетических характеристик ценопопуляций проводили методом ПЦР с использованием пяти олигонуклеотидных праймеров. Использовали метод межмикросателлитного анализа (ISSR-анализ). В первом методе расчёт средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов проводили с помощью средне взвешенного анализа, усредняя данные по каждой ценопопуляции входящей в экотоп. Во втором методе расчёта мы объединили изученные аллельные варианты (бинарные матрицы) по каждой ценопопуляции в три кластера (экотопа), и полученные общие матрицы пересчитали с использованием программы PopGen. Сравнение средних значений ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur для каждого экотопа проводили попарно с использованием t-критерия Стьюдента. Все экотопы, рассчитанные на основе средне взвешенного анализа, характеризуются достоверными различиями по уровню ожидаемой гетерозиготности (Не) при уровне значимости p=0,05. Все экотопы, рассчитанные на основе общих матриц, характеризуются достоверными различиями по уровню ожидаемой гетерозиготности (Не)при уровне значимости p=0,01. Цель данной работы – провести сравнительный анализ двух предложенных методик расчёта средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов.
-
Study the informativeness of the marker system in the genetic analysis of coenopopulations of Bellevalia sarmatica (Pall. ex Georgi) Woronow using ISSR primers
В статье описываются основные характеристики информативности праймеров, такие как величина информационного полиморфизма (рolymorphism information content, PIC) для доминантных маркеров, эффективное мультиплексное отношение (effective multiplex ratio, EMR) и маркерный индекс (marker index, MI), разрешающая способность праймера (resolving power, Rp). Значение информационного полиморфизма (PIC) варьировало в пределах от 0,095 до 0,5 для праймеров UBC 811 и UBC 835, предел от 0 до 0,5 был характерен для праймеров UBC 857 и UBC 880. Наибольшим эффективным мультиплексным отношением характеризовался праймер UBC 811 (EMR=19,69), а наименьшим UBC 857 (EMR=0,42). Наибольшими значениями маркерного индекса (MI) характеризовались праймеры UBC 811 и UBC 835 (диапазон 1,871–9,845 и 0,780–4,105 соответственно). А наименьшими значениями маркерного индекса (MI) характеризовались праймеры UBC 857 и UBC 880 (диапазон 0–0,210 и 0–0,615 соответственно). Наибольшая разрешающая способность и количество генотипов, которое может быть диагностировано (х) было выявлено у праймера UBC 811 (Rp=25, х=154), а наименьшая у праймера UBC 857 (Rp=3,2, х=9). У всех праймеров оказалась высокая степень информативности (более 0,4), наиболее информативным был праймер UBC 811 (AvIb=0,5208). Показатели разрешающей способности (Rp) праймеров и эффективное мультиплексное отношение (EMR) показывают, что данная система «праймер-методика» и в целом используемая маркерная система пригодна для диагностики ценопопуляций Bellevalia sarmatica (Pall. ex Georgi) Woronow. Цель данной работы – изучить приемлемость использования выбранной маркерной системы.
-
Prospects for the use of secondary metabolites of representatives of the genus Crambe L. in economic activity
Рассмотрены биохимические особенности шести видов рода Crambe L.: C. abyssinica, C. stevenianae, C. pinnatifida, C. cordifolia, C. koktebelica и C. aspera. Большинство видов этого рода имеет практическое значение: пищевое, кормовое, витаминоносное, лекарственное, жирно-масличное, медоносное и декоративное. В растительном сырье видов рода Crambe выявлены группы фармакологически активных липофильных соединений: полиненасыщенные жирные кислоты, фитостерины, каротины и ксантофиллы, токоферолы. Показано, что содержание такой важной для получения биодизеля кислоты, как эруковая значительно в семенах C. cordifolia. Из-за высокого содержание насыщенных и ненасыщенных жирных кислот растения рода Crambe являются очень перспективными для использования в качестве сырья фармакологического производства. Так, для семян C. cordifolia показано наибольшее содержание полиненасыщенных жирных кислот, в частности линолевой. Высокое содержание протеинов, а также свободного L-гистидина и связанных метаболически с гистидином аминокислот (L-глутаминовой кислоты, глицина, L-аргинина, L-лейцина) позволяют выделить C. cordifolia среди прочих представителей данного рода. В обзоре представлены описания методов и условий культивирования in vitro пяти видов C. aspera, C. abyssinica, C. koktebelica, C. tataria и C. maritima. Показано, что в качестве эффективного регулятора роста может быть использован 6-бензиламинопурин. Выращивание C. abyssinica может быть использовано в фиторемедиации почв для поглощения мышьяка. В Государственный Реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, включено 5 сортов C. abyssinica.
-
Dorsoventral asymmetry of photosynthetic parameters of Ficus benjamina leaves under temperature stress: effects of blue and red LED lighting
Листья большинства видов наземных растений имеют выраженную дорзовентральную ассиметрию, определяемую анатомическими различиями палисадного и губчатого мезофилла, а также локализацией устьиц. В то же время функциональные различия этих двух видов фотосинтезирующей ткани изучены слабо, вне связи с характерными для них основными анатомическими признаками. Параметры фотосинтеза листьев Ficus benjamina исследованы в условиях адаксиального и абаксиального освещения синим и красным актиничным светом, с применением импульсно-модулированной (PAM) флуориметрии (измерение квантового выхода фотосистемы II, Fv/Fm, F’v/F’m), методов измерения скорости ассимиляции CO2 (P) в проточной камере и двухчастотной Фурье-фотоакустической спектроскопии. С помощью фотоакустических исследований рассчитаны кислородные коэффициенты фотосинтеза как отношение скорости фотолитического выделения кислорода к величине фотохимически сохраняемой энергии (ΨO2). Показано, что температурный стресс (39°С) оказывал незначительное и недостоверное влияние на величины Fv/Fm и F’v/F’m вне зависимости от цвета и направления актиничного света (адаксиально или абаксиально). Однако величины Р и ΨO2 снижались под воздействием температурного стресса и в результате замены красного света на синий. При этом стресс и синий свет усиливали дорзовентральную ассиметрию листьев по показателям Р и ΨO2. Предположили, что реакция на синий свет обусловлена проникновением синего света на меньшую глубину листа, где он возбуждает фотосинтез преимущественно в палисадном мезофилле, в большей степени приспособленном для аноксигенного фотосинтеза, тогда как красный свет проникает на большую глубину, в губчатый мезофилл, и поэтому более эффективен для возбуждения оксигенного фотосинтеза. Фактически, реакция листьев растений F. benjamina на синий свет и температурный стресс заключалась в увеличении доли аноксигенного фотосинтеза (вероятно за счет циклического транспорта электронов вокруг фотосистемы II), более выраженного в палисадном мезофилле по сравнению с губчатым мезофиллом.