Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу

Розглянуто графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу.

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2017
Main Authors:	Антонова, Г.В., Ковирьова, О.В., Лаврентьєв, В.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2017
Series:	Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131511
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова, В.М. Лаврентьєв // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 66-75. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131511
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1315112025-02-09T09:50:38Z Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу Graph-analytical method of analysis of fluorescence chlorophyll parameters Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. Лаврентьєв, В.М. Розглянуто графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу. Рассмотрен графоаналитический метод анализа параметров флуоресценции хлорофилла. The paper describes graph-analytical method of analysis of fluorescence chlorophyll parameters. 2017 Article Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова, В.М. Лаврентьєв // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 66-75. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131511 578.01+681.7.08+535.3+681.335.2 uk Комп’ютерні засоби, мережі та системи application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Розглянуто графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу.
format	Article
author	Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. Лаврентьєв, В.М.
spellingShingle	Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. Лаврентьєв, В.М. Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу Комп’ютерні засоби, мережі та системи
author_facet	Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. Лаврентьєв, В.М.
author_sort	Антонова, Г.В.
title	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
title_short	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
title_full	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
title_fullStr	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
title_full_unstemmed	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
title_sort	графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2017
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131511
citation_txt	Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова, В.М. Лаврентьєв // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 66-75. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Комп’ютерні засоби, мережі та системи
work_keys_str_mv	AT antonovagv grafoanalítičnijmetodanalízuparametrívfluorescencííhlorofílu AT kovirʹovaov grafoanalítičnijmetodanalízuparametrívfluorescencííhlorofílu AT lavrentʹêvvm grafoanalítičnijmetodanalízuparametrívfluorescencííhlorofílu AT antonovagv graphanalyticalmethodofanalysisoffluorescencechlorophyllparameters AT kovirʹovaov graphanalyticalmethodofanalysisoffluorescencechlorophyllparameters AT lavrentʹêvvm graphanalyticalmethodofanalysisoffluorescencechlorophyllparameters
first_indexed	2025-11-25T12:33:11Z
last_indexed	2025-11-25T12:33:11Z
_version_	1849765657488392192
fulltext	Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2017, № 16 66 H. Antonova, O. Kovyrova, V. Lavrentyev GRAPH-ANALYTICAL ME- THOD OF ANALYSIS OF FLUORESCENCE CHLOROPHYLL PARAMETERS The paper describes graph-analy- tical method of analysis of fluores- cence chlorophyll parameters. Key words: chlorophyll fluorescence induction, biosensor, photosynthesis. Рассмотрен графоаналитический метод анализа параметров флуо- ресценции хлорофилла. Ключевые слова: индукция флуо- ресценции хлорофилла, биосенсор, фотосинтез. Розглянуто графоаналітичний метод аналізу параметрів флуо- ресценції хлорофілу. Ключові слова: індукція флуорес- ценції хлорофілу, біосенсор, фо- тосинтез.  Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова, В.М. Лаврентьєв, 2017 УДК 578.01+681.7.08+535.3+681.335.2 Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА, В.М. ЛАВРЕНТЬЄВ ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Вступ. В Інституті кібернетики імені В.М. Глуш- кова НАН України розроблені та виготовлені бездротові інтелектуальні біосенсори [1], призначені для використання у розподілених системах агроекологічного та екологічного моніторингу, для захисту довкілля не тільки мегаполісів, але і заповідників, національних парків, лісових та паркових масивів. Чутливість бездротових біосенсорів до впливу стресових факторів різної природи на дослідні групи рослин визначено шляхом реєстрації змін індукції флуоресценції хло- рофілу (ІФХ). Метод індукції флуоресценції хлорофілу дозволяє в експрес-режимі без пошкодження рослини визначати її функціо- нальний стан, що дає змогу оцінити дію стресових факторів на стан досліджуваної рослини за формою кривої ІФХ. Характер- ними параметри кривої є [2]: F0 – початковий рівень флуоресценції (приблизний час 50 мкс або 100 мкс від початку освітлення); Fm – максимальний рівень флуоресценції хлоро- філу; Fst – стаціонарний рівень флуоресцен- ції; Fv = Fm – F0 – параметр, який характери- зує світлову стадію фотосинтезу; Fv/Fm – ро- зрахунковий параметр, який характеризує ефективність фотохімічних реакцій; Area – параметр використовується як індикатор змін ІФХ у формі кривої між F0 і Fm; FJ – флуоресценція в точці J (приблизний час 2 мс); FI – флуоресценція в точці I (приблиз- ний час 30 мс). Як стресові фактори під час випробувань бездротових біосенсорів обрано наступні: водний дефіцит, спека, внесення добрив. Для реєстрації параметрів навколишнього середо- ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 67 вища (сонячне освітлення, температура і вологість ґрунту та повітря) викорис- тано портативну метеостанцію та відповідні електронні прилади. На основі аналізу проведених експериментів, розроблено методику прове- дення польового агротехнічного експерименту [3]. Двома важливими етапами даної методики є обробка результатів вимірів графоаналітичним методом з ви- користанням комплексного параметра та обробка вимірів методами статистич- ного та кореляційного аналізу. Випробування бездротових біосенсорів через вимірювання ІФХ рослин під впливом водного стресу. Випробування інтелектуального біосенсору здій- снювалося за польовим однофакторним агротехнічним короткотерміновим екс- периментом з аналітично-графічним аналізом даних. Мета експерименту – це визначення чутливості бездротових біосенсорів до впливу стресових факторів, а саме водного дефіциту та посухи. Проведено випробування мережі біосенсорів відповідно до розробленої схеми оперативного експерименту: дослідження чо- тирьох груп рослин майорці. Групи рослин відрізнялися дозами поливу, а саме: V1 – 50 мл води на 1 кг ґрунту; V2 – 150 мл води на 1 кг ґрунту; V3 – без поливу; V4 – 250 мл води на 1 кг ґрунту. Експеримент проведено в ідентичних для всіх рослин умовах. Протягом 12 діб проведено 9 серій вимірювань. Після першої серії вимірювань ІФХ припинено полив у групі V3. В трьох інших групах по- лив відбувався кожного дня після серії вимірювань ІФХ відповідно до програ- ми випробувань. Першу серію вимірювань у кожній групі прийнято за конт- роль. Таким чином, кожна група рослин мала свої контрольні значення. Рослини кожної групи протягом випробувань знаходились в одному вегетативному пері- оді. Для контролю стресового впливу обрано першу серію вимірювань у кожній групі рослин. Наступні вимірювання ІФХ були дослідними і порівнювалися з контрольними. Отримані дані оброблено за допомогою програмного засобу, розробленого в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. На основі обчислених значень здійснено побудову графіків залежності ІФХ від різних доз поливу за період випробувань. Графіки побудовано в наступному форматі: на одній пло- щині відображено зміни ІФХ рослин однієї групи за весь період випробувань, що дає змогу проаналізувати динаміку змін кривих ІФХ у часі, а саме зміну фо- рми, амплітуди та положень характерних точок на кривій. Наведемо серію кри- вих ІФХ групи V3 на рис. 1, а. Наступний етап обробки даних включав у себе розрахунок та зведення в таблицю усереднених значень основних параметрів флуоресценції хлорофілу: F0, Fm, Fst, FJ, FI, Fv, Fv/Fst, Area, Fv/Fm. За даними таблиці для подальшого наглядного аналізу будуються графіки зміни у часі будь-якого з наведених вище параметрів флуоресценції. Як приклад наведено графік параметра Fv/Fm на рис. 1, б. Надалі результати вимірів оброблено методами статистичного та кореля- ційного аналізу, методом комплексного параметру (графоаналітичним методом). Оброблені дані електронних таблиць порівнювались з даними натурних спосте- режень. Кінцевим результатом випробувань було виявлення чутливості бездро- Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА, В.М. ЛАВРЕНТЬЄВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2017, № 16 68 тових біосенсорів до дії різних стресів, які зазнали дослідні рослини під час екс- перименту. Отримані результати свідчать про те, що під час випробувань безд- ротові біосенсори з високою чутливістю реагували на зміни поточного стану рослин. За допомогою біосенсорів визначено точку не повернення рослин у но- рмальний стан після дії стресового фактора. а б РИС. 1. Приклади графіків кривих ІФХ та змін параметра Fv/Fm: а – усереднені криві ІФХ рослин групи V3, б – графік змін параметра Fv/Fm Проведені дослідження, з використанням бездротових біосенсорів, наглядно продемонстрували можливість в експрес-режимі, з високою точністю отримати коректні дані для подальшого аналізу стану рослин та опосередковано оцінити вплив негативних факторів на довкілля. Графоаналітичний метод з використанням комплексного параметра для моніторингу параметрів флуоресценції хлорофілу для оцінювання ста- ну рослин. Останнім часом широко використовується неінвазивний аналіз бага- тофазного швидкого зростання флуоресценції хлорофілу для оцінювання фото- синтетичної функції рослин (крива OJIP). Форма кривої OJIP відображає фото- хімічну ефективність фотосинтетичного апарату і дає інформацію про функціо- нальні і структурні характеристики компонентів, які беруть участь у фотосинте- тичному транспорті електронів. Розроблено математичну модель багатофазного перехідного процесу, так званий JIP-тест [4], який дозволяє обчислювати конк- ретні біофізичні параметри, що характеризують структуру та функції фотосис- теми II, а також деякі інтеграційні параметри. Проведення експериментів з метою визначення впливу стресових факторів, або проведення спостережень за станом рослин в звичайних умовах навколиш- нього середовища пов’язано з великою кількістю вимірювань і обов’язковою подальшою обробкою результатів. Для аналізу стану рослини за допомогою кривої OJIP використовують значення кривої в точці її початку F0, в точці мак- симальної флуоресценції Fm, а також у двох проміжних точках – точці J (FJ) та точці I (FІ). Крім вказаних, у разі потреби додатково вимірюються значення кривої в точці К, розраховується параметр Area, а також похідні параметри – енергетичні, феноменологічні та специфічні потоки. ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 69 Аналіз отриманих у результаті вимірювання даних ускладнюється, з одного боку, великим обсягом інформації, а з другого − одночасною зміною майже всіх параметрів кривих від вимірювання до вимірювання, що ускладнює визначення головної тенденції цих змін. У зв’язку з цим виникла ідея мінімізувати кількість параметрів, вибрати ті, які б максимально відображали зміни кривої і дозволяли просту візуалізацію цих змін. У процесі вимірювання параметрів кривої OJIP визначено не тільки вплив стресових факторів на фотохімічні процеси у живій рослині, а також розглянуто можливість вирішення зворотної задачі – визначення природи стресу на основі аналізу зміни параметрів кривої OJIP. Наприклад, у роботі [5] викладено ре- зультати експериментів із визначення характеру впливу різних стресів на пара- метри кривої OJIP. На рис. 2 (а–f) показано графіки кривих OJIP для рослин, підданих стресу, та контрольних, а саме: а – дія високої температури, b – низь- кої температури, с – посухи, d – рослина піддавалася дії сольового стресу, е – за відсутності у ґрунті нітратів, f – за наявності свинцю. З наведених графіків видно, що, по-перше, стре- си значно змінюють форму кривої OJIP, а по-друге – майже в усіх випадках кри- ві значно відрізняються од- на від одної. Це дає підста- ви вважати, що існує ком- плексний параметр, який однозначно характеризує криву і, таким чином, дає можливість відрізнити дію того чи іншого стресу за його допомогою. У резуль- таті проведеного аналізу розроблено алгоритм отримання комплексного па- РИС. 2. Криві OJIP при дії різних стресових факторів [3] раметра. Спочатку вимірюються параметри кривої OJIP до початку дії стресово- го чинника або іншого експерименту, в результаті отримуємо N параметрів Р0,1, …, Р0,N. Параметрами Р можуть бути як безпосередньо значення вимірю- вань кривої OJIP, так і наведені вище похідні від них. Тобто точки Р0,i – це па- раметри першої кривої, яка отримана на початку експерименту. Через проміжок часу, що визначається планом експерименту, проводиться вимірювання, в ре- зультаті якого отримуємо N параметрів 1-ї кривої. Далі, для кожного n-го пара- метра 1-ї кривої вираховуємо відносну зміну ΔР1,n за формулою: . ,0 ,0,1 ,1 n nn n P PP P − =∆ (1) Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА, В.М. ЛАВРЕНТЬЄВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2017, № 16 70 Пропонується вважати, що є векторні вісі кількістю N, кожна з яких відпо- відає одному з параметрів Р і які розташовані на декартовій площині, напри- клад, таким чином, як показано на рис. 3. а б РИС. 3. Варіанти розташування векторів параметрів Р1, Р2, …, РN у декартовій системі коор- динат Пропонується вважати, що відносні параметри ΔР1,1, ΔР1,2, ΔР1,3, …, ΔР1,N – це вектори, напрям кожного з яких збігається з напрямом відповідного пара- метра Р1, Р2, …, РN, а їх числові значення є довжинами цих векторів. Таким чи- ном, кожен вектор ΔР1, n буде мати координати x1,n та y1,n. Далі визначається су- марний вектор S1, координати якого X1 та Y1 – це сума відповідних координат всіх векторів ΔР1,1, ΔР1,2, ΔР1,3, …, ΔР1,N, які розраховуються за формулами: ∑= n nxX ,11 .,11 ∑= n nyY (2) Оскільки сумарний вектор S1 єдиним чином відображає N вибраних параме- трів кривої OJIP, можна вважати його комплексним параметром. Якщо обчис- лити сумарний вектор для кожної кривої, отриманої в результаті проведення експерименту, отримаємо послідовність S1, ..., SK сумарних векторів, які відпові- дають послідовності кривих OJIP. Розглянемо застосування комплексного параметра на конкретних прикла- дах, а саме для кривих OJIP, показаних на рис. 2. У першому прикладі оберемо параметри F0, FJ, FI, Fm та Fv = Fm – F0. Причому вектори параметрів розташує- мо на декартовій площині під кутом 45° між ними, як показано на рис. 4, а. У другому прикладі використовуються параметри FmІ = Fm – FІ, FІJ = FI – FJ, FJ0 = FJ – F0 та Fv, а розташування векторів параметрів на декартовій площині таке, як показано на рис. 4, б – під кутом 60° між ними. Відносні параметри об- числені між параметрами контрольних кривих та кривих, отриманих після дії стресу. ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 71 а б РИС. 4. Приклади розташування векторів параметрів на декартовій площині ,)(7070,)(7070o JIvJIm FF,FYFF,FFX ∆+∆⋅+∆=∆−∆⋅+∆−∆= (3) а в другому − за формулами ).(866,0)(50 IJJOJOIJvmI FFY,FF,FFX ∆−∆⋅=∆−∆⋅+∆−∆= (4) На рис. 5 показано отримані значення комплексних параметрів для кривих, які показані на рис. 2 для обох прикладів, де кожний комплексний параметр по- значений відповідною літерою. Аналогічно тому, як криві відрізняються одна від одної у залежності від стресу, значення комплексного параметра, також майже в усіх випадках, відрізняються своїм місцезнаходженням на площині. а б РИС. 5. Значення комплексного параметра при різних стресових факторах для кривих, які показані на рис. 2 Якщо протягом певного часу вимірювати криві OJIP, і для кожної кривої отримувати значення комплексного параметра, то в результаті отримаємо послі- Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА, В.М. ЛАВРЕНТЬЄВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2017, № 16 72 довність значень, кожне з яких відповідає конкретній кривій. Ця послідовність буде відображати послідовність зміни параметрів кривих OJIP відносно параме- трів початкової кривої. А траєкторія руху значень на декартовій площині буде відображати послідовність зміни параметрів кривих OJIP на протязі проведення вимірювань. Приклад подібних траєкторій показано на рис. 6, отриманих під час досліду над рослиною майорці за дослідженням водного стресу (а – без поливу, б – доза поливу 250 мл води на 1 кг ґрунту). а б РИС. 6. Траєкторії значень комплексного параметра за даними експерименту з рослинами майорці Комплекс експериментів щодо впливу різноманітних стресових чинників на окремий вид рослин надасть в результаті різні траєкторії руху значень комплек- сного параметра відповідно кожному експерименту. Маючи такі дані, можна вирішити зворотну задачу – в результаті аналізу траєкторії спрогнозувати на- прямок її руху і визначити наявність стресового чинника та його природу. Якщо дії стресу призвели до загибелі рослини, то з високою вірогідністю на кожній траєкторії можливо визначити такі точки (або області), що відповідають початку в рослині незворотних процесів. Необхідно зробити деякі зауваження щодо вибору первинних параметрів і розташування їх векторів на декартовій площині. По-перше, бажано щоб кіль- кість первинних параметрів не була завеликою, оскільки буде важко відрізнити вплив кожного окремого параметра на кінцевий результат. По-друге, якщо виб- рані первинні параметри не залежать один від одного (наприклад, F0, FJ, FI, Fm), існує можливість збігу значень сумарних векторів при різних значеннях пер- винних параметрів. Щоб уникнути цього, необхідно до переліку вибраних неза- лежних первинних параметрів додати залежні від них. Виходячи з цих мірку- вань, в першому прикладі до вибраних первинних параметрів внесена також ва- ріабельна флуоресценція Fv, яка є залежною від параметрів F0 та Fm. Як видно з рис. 4, а, а також з формул для координат сумарного вектора, якщо зміни ΔFm і ΔF0 будуть однакові, це не вплине на координату X, яка залишиться незмінною, але при цьому, обов’язково зміниться координата Y через зміну ΔFv. Іншим спо- собом досягти бажаного можна за рахунок розташування векторів первинних параметрів. Так, в тому ж прикладі, зміна ΔFІ не може бути компенсована змі- ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 73 ною ΔFJ, оскільки до формул, які визначають координати комплексного параме- тра, вони входять з різними знаками. По-третє, точки (або області), що відповідають початку незворотних проце- сів у рослині, можуть бути близькі одна до одної. Наприклад, точки (e) та (f) на рис. 5, а дуже близькі, і ймовірно, що будуть близькі і відповідні траєкторії руху значень комплексного параметра. Крім того, можливі випадки, коли траєкторія, пов’язана з одним стресовим чинником, проходить поблизу області незворотних процесів, пов’язаної з іншим, що може призвести до помилкових висновків. На- приклад, щоб дістатися до точки (а) на рис. 5, а, траєкторія може проходити по- близу точок (e), (f) та (с). Для зменшення вірогідності таких помилок пропону- ється використовувати більше комплексних параметрів, тобто використовувати різні первинні параметри. Наприклад, на рис. 5, б з іншим комплексним параме- тром, точки (а), (e), (f) та (с) розміщені на площині зовсім іншим чином і траєк- торії руху значень комплексного параметра будуть інші. Вочевидь, щоб відрізняти один комплексний параметр від іншого, необхід- но прийняти позначення, наприклад, для параметрів на рис. 5, а, б прийняти відповідно S(F0, FJ, FI, Fm, Fv) та S(FmІ, FІJ, FJ0, Fv) і при цьому вважати кути між сусідніми вісями однаковими. Аналіз результатів експериментів за допомогою кореляційного аналізу. Важливими вимогами до процесу вимірювання флуоресценції хлорофілу є регу- лярність та підтримання однакових умов вимірювання. У серпні 2015 року проведено дослідження зміни ІФХ під впливом важкого металу (сульфату міді) та за відсутності поливу. Об’єктом дослідження обрано рослину Соя (лат. Glycine max), вирощену з насіння в кімнатних умовах. Росли- ни поділено на чотири групи: група V1 – без впливу важкого металу, без поливу; група V2 (контрольна) – без впливу CuSO4, з поливом; група V3 – з впливом CuSO4, без поливу; група V4 – з впливом CuSO4, з поливом. Доза CuSO4 стано- вила 6 г на 1 кг ґрунту для рослин в групах V3 та V4. Дослідження щодо рослини соя проведено в лабораторних умовах. Перед вимірюваннями рослини перене- сено у тінь. Лабораторію охолоджено протягом однакового часу. Однак, під час вимірювання, 2 рази виникала ситуація, коли вимірювання починалися раніше, ніж в інші дні. Відповідно значення температури повітря та ґрунту були вищи- ми, ніж в інші дні. В результаті значення параметра Fv/Fm в контрольній групі значно знизилося в порівнянні з іншими днями [6]. Аналогічна ситуація виникла і під час аналізу даних, отриманих у 2016 році при дослідженні впливу водного дефіциту на зміни ІФХ рослин соя. Рослини поділено на три групи: група W1 – з поливом, доза поливу дорівнює 50 мл води на 1 кг ґрунту, група W2 – з поли- вом, доза поливу − 150 мл води на 1 кг ґрунту, група W3 – без поливу. Після першої серії вимірювань флуоресценції хлорофілу, припинено полив у групі W3. Для того щоб перевірити припущення про наявність оберненого взає- мозв’язку між параметром Fv/Fm та температурою оточуючого середовища, а також виявити інші зв’язки, розраховано коефіцієнти кореляції Пірсона між па- раметрами флуоресценції (F0, Fst, Fm, Fv, Fv/Fm, FJ, FI) та параметрами оточуючо- го середовища (температура повітря, вологість повітря, кислотність ґрунту). Ро- Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА, В.М. ЛАВРЕНТЬЄВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2017, № 16 74 зрахунок виконано попарно між середнім значенням у кожній групі та середнім значенням параметра оточуючого середовища, яке фіксувалося під час прове- дення експерименту в даній групі. Оцінювання значення коефіцієнта Пірсона здійснено за допомогою порівняння значення його модуля з відповідним крити- чним значенням для заданого рівня значущості з таблиці критичних значень. Також виконано розрахунок помилок репрезентативності коефіцієнтів кореляції з метою визначення достовірності величин та кореляційних поправок для оці- нювання статистичної достовірності факту наявності зв’язку. Результати об’єднані в таблицю, де за наявності додатної залежності поста- влений "+", при від’ємній — "–". ТАБЛИЦЯ. Залежність параметрів флуоресценції від параметрів оточуючого середовища (рослина соя) Температура повітря, °C Вологість повітря, % Кислотність ґрунту, PH V1 V2 V3 V4 W 1 W 2 W 3 V1 V2 V3 V4 W 1 W 2 W 3 V1 V2 V3 V4 W 1 W 2 W 3 F0 + + + + FJ + + + FI ― Fst ― + + Fm ― ― Fv ― Fv/Fm ― ― ― Розрахунок коефіцієнтів кореляції підтвердив наявність оберненої та додат- ної залежності між параметрами флуоресценції Fv/Fm і F0 відповідно, та темпе- ратурою повітря для значень, отриманих в дослідах над рослиною соя, які про- ведено у 2015 році в один період часу, однак для досліду над рослиною соя, який проведено в 2016 році, наявність залежності не підтверджена. Ймовірно, це пов’язано з тим, що в 2015 році відбулося два перепади температури поспіль, тоді як у 2016 році перепади температури були з певним інтервалом. Під час аналізу даних, отриманих у 2016 році, встановлено обернену залежність між па- раметром Fm і температурою повітря в групі W1, обернену залежність між пара- метрами Fm і Fi та кислотністю ґрунту. Виявлено залежність між параметром Fst і температурою повітря (обернена) та вологістю повітря (додатна) в групі W3. Залежності між параметрами флуоресценції та оточуючого середовища для да- них, отриманих в групі W2, не виявлено. Таким чином, досліджено вплив метеопараметрів довкілля на форму кривої ІФХ, а саме: температури та вологості повітря, кислотності ґрунту. Ці парамет- ри є важливими впливовими чинниками при застосуванні біосенсорів у систе- ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ ПАРАМЕТРІВ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ ХЛОРОФІЛУ Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 75 мах довготривалого екологічного та агроекологічного моніторингу, які треба враховувати при аналізі даних. Доведено, що під час довготривалого моніторин- гу стану довкілля за допомогою бездротового інтелектуального біосенсора пот- рібно або не враховувати результати вимірювань ІФХ за періоди з різкими пе- репадами температури чи вологості, або враховувати кореляцію параметрів флуоресценції хлорофілу з одним чи декількома метеопараметрами. Висновки. 1. Результати випробувань дозволили зробити висновок про чу- тливість бездротового біосенсору до обраних стресових факторів. Додатково випробування довели можливість застосування біосенсорів для оцінювання по- сухостійкості і жаростійкості рослин. 2. Розроблено новий графоаналітичний метод для аналізу стану рослин че- рез вимірювання параметрів швидкої фази індукції флуоресценції хлорофілу та розрахунки відповідних характерних параметрів. Розроблений метод дозволяє за розрахованими параметрами визначати не тільки рівень дії того чи іншого стре- сового фактора на групу дослідних рослин, але й виявляти рівень такого стресу, який зумовлює незворотні зміни стану рослини. 3. Під час довготривалого моніторингу стану довкілля за допомогою безд- ротового інтелектуального біосенсора потрібно або не враховувати результати вимірювань ІФХ за періоди з різкими перепадами температури чи вологості, або враховувати кореляцію параметрів флуоресценції хлорофілу з одним чи декіль- кома метеопараметрами. 1. Oleksandr Palagin, Volodymyr Romanov, Igor Galelyuka, Oleksandr Voronenko, Yuriy Brayko, Roza Imamutdinova. Wireless sensor network for precision farming and environmental protection. International Journal "Information theories & applications". 2017. Vol. 24, N 2. P. 19–34. 2. Goltsev V. N., Kalaji H. M., Paunova M., Bąbac W., Horaczekd T., Mojskid J., Kocield H., and Allakhverdieve S.I. Variable Chlorophyll Fluorescence and Its Use for Assessing Physiological Condition of Plant Photosynthetic Apparatus. Russian Journal of Plant Physiology. 2016. Vol. 63, N. 6. Р. 869–893. 3. Oleksandr Palagin, Volodymyr Grusha, Hanna Antonova, Oleksandra Kovyrova, Vasyl Lavrentyev. Application of biosensors for plants monitoring. International Journal "Information theories & applications". 2017. Vol. 24, N 2. P. 115–126. 4. Strasser RJ. Polyphasic chlorophyll a fluorescence transient in plants and cyanobacteria. Strasser RJ, Srivastava A, Govindjee. Photochemistry and Photobiology. 1995. Vol. 61, N 1. P. 32–42. 5. Hazem M. Kalaji, Anjana Jajoo, Abdallah Oukarroum et al. Chlorophyll a fluorescence as a tool to monitor physiological status of plants under abiotic stress conditions. Acta Physiol Plant. 2016. P. 38−102. 6. Hazem M. Kalaji, Anjana Jajoo, Abdallah Oukarroum et al. Chlorophyll a fluorescence as a tool to monitor physiological status of plants under abiotic stress conditions. Acta Physiol Plant. 2016. P. 38−102. Одержано 20.09.2017 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-1 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-2 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-3 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-1 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-2 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11738-016-2113-y#author-details-3

Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу

Institution

Similar Items