ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРОФИЛЛОВ В ЛИСТЕЦАХ РЯСКОВЫХ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ 

Валиев Ренат Шавкатович, инженер, кафедра экологии и дизайна, Энгельский технологический институт (филиал), Саратовский государственный технический университет  им. Ю. А. Гагарина (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), rw_84@mail.ru
Ольшанская Любовь Николаевна, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и дизайна, Энгельский технологический институт (филиал), Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), ecos123@mail.ru
Иванченко Любовь Сергеевна, студентка, Энгельский технологический институт (филиал), Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), ecos123@mail.ru

57.087.3

10.21685/2307-9150-2017-1-7

Актуальность и цели. Представители семейства рясковых активно используются в лабораторной практике для тестирования качества воды. Цель исследования – разработка общего алгоритма, позволяющего количественно определять хлорофиллы в тканях листецов рясковых на основе анализа фотоизображений для контроля качества воды в лабораторных условиях.
Материалы и методы. Исследования проводили на аквариумной культуре ряски крошечной Lemna perpusilla Torr. в сульфатных растворах меди и кадмия с концентрациями катионов металлов 1 мг/л. Содержание хлорофиллов в тканях листецов определяли фотоколориметрическим методом в спиртовых вытяжках. Яркости цветовых каналов на фотографиях растений устанавливали в программе ImageJ. Построение математических моделей выполняли в статистической среде R.
Результаты. Полученные результаты показали заметное снижение содержания хлорофилла а в листецах уже спустя сутки пребывания растений в сульфатном растворе меди с концентрацией металла 1 мг/л. Концентрация хлорофилла b в растениях возрастала в тех же условиях в течение первых двух суток, после чего наблюдалось плавное снижение его содержания к восьмым суткам исследования. Наиболее изменчивыми цветовыми каналами на фотографиях являлись зеленый и синий; доля красного цвета на фотографиях растений ряски практически не менялась. На основе полученных данных были построены регрессионные модели, связывающие концентрации фотосинтетических пигментов и яркости цветовых каналов. Адекватность моделей была проверена в эксперименте по действию на ряску раствора кадмия, CCd = 1 мг/л. 
Выводы. На основе проведенного анализа выбрана оптимальная модель и предложен общий алгоритм, позволяющий количественно оценивать содержание зеленых пигментов в листецах рясковых на основе анализа фотоизображений.

рясковые, хлорофилл, фотоизображения, регрессионная модель

 Скачать статью в формате PDF

1. Patel, D. K. Phytoremediation potential of duckweed (Lemna minor L.: a tiny aquatic plant) in the removal of pollutants from domestic wastewater with special reference to nutrients / D. K. Patel, V. K. Kanungo // The bioscan. – 2010. – № 5 (3). – P. 355–358.
2. Khellaf, N. Growth response of the duckweed Lemna minor to heavy metal pollution / N. Khellaf, M. Zerdaoui // Iranian journal of environmental health science & engineering. – 2009. – Vol. 6, № 3. – P. 161–166.
3. Observation Parameters of the Duckweed Growth Inhibition Test Frond number – Total Frond Area – Dry weight. – URL: www.Lemnatec.com/Literatur/LT001.pdf
4. Воробьев, В. Н. Практикум по физиологии растений : учеб.-метод. пособие / В. Н. Воробьев, Ю. Ю. Невмержицкая, Л. З. Хуснетдинова, Т. П. Якушенкова. – Казань : Казанский университет, 2013. – 80 с.
5. Kawashima, Sh. An Algorithm for Estimating Chlorophyll Content in Leaves Using a Video Camera / Sh. Kawashima, M. Nakatani // Annals of Botany. – 1998. – № 81. – P. 49–54.
6. Use of digital webcam images to track spring green-up in a deciduous broadleaf forest / A. D. Richardson, J. P. Jenkins, B. H. Braswel, D. Y. Hollinger, S. V. Ollinger, M.-L. Smith // Oecologia. – 2007. – Vol. 152, № 2. – P. 323–334.
7. Shibghatallah, M. A. H. Measuring Leaf Chlorophyll Concentration from Its Color: A Way in Monitoring Environment Change to Plantations / M. A. H. Shibghatallah, S. N. Khotimah, S. Suhandono. – URL: http://arxiv.org/pdf/1305.1148v2.pdf
8. Padmaja, V. Evaluation of leaf chlorophyll content by a non-invasive approach / V. Padmaja, A. K. Dey // International journal of innovative research in electrical, electronics, instrumentation and control engineering. – 2015. – Vol. 3, № 7. – P. 7–10.
9. Les, D. H. Systematics of the Lemnaceae (duckweeds): inferences from micromolecular and morphological data / D. H. Les, E. Landolt, D.J.Crawford //Plant Systematics and Evolution. – 1997. – Vol.204. –P.161–177.
10. Synthetic Media for Growing Duckweeds. – URL: http://www.mobot.org/jwcross / duckweed/ duckweed2.htm
11. R Core Team (2015). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – URL: https://www.R-project.org/ (дата обращения: 13.05.2016).
12. Chiu, M. M. Ultrastructural Study on Lemna perpusilla / M. M. Chiu, R. H. Falk // Cytologia. – 1971. – Vol. 40. – P. 313–322.
13. Галицкая, А. А. Эколого-биохимическая адаптация Wolffia arrhiza L. к абиотическим и биотическим факторам среды : автореф. дис. ... канд. биол. наук : 03.02.08 ; 03.01.04 / Галицкая А. А. – Саратов, 2012. – 20 с.
14. Галицкая, А. А. Исследование адаптации Wolffia arrhiza (Linnaeus, 1771) Horkelex Wimmer к различным минеральным и биогенным поллютантам на примере тяжелых металлов и антибиотиков / А. А. Галицкая, Н. Ю. Селиванов, О. Г. Селиванова, О. И. Соколов // Известия Саратовского университета. Сер.: Химия. Биология. Экология. – 2012. – Т. 12. – Вып. 1. – С. 36–41.
15. Валиев, Р. Ш. Изучение ответных реакций ряски крошечной Lemna perpusilla Torr. на медь / Р. Ш. Валиев, Л. Н. Ольшанская, Л. В. Головина // Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. (г. Новосибирск, 15–16 августа 2014 г.). –Новосибирск : Международный научный институт «Educatio», 2014. – Ч. 5. –С. 155–159.
16. Effects of copper and cadmium on heavy metal polluted waterbody restoration by duckweed (Lemna minor) / H. Wenhua, C. Xiao, S. Guanling, W. Qunhui, Ch. Ch. Chein // Plant physiology and biochemistry. – 2007. – № 45. – P. 62–69.