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Título: Análise óptica de folhas e flores de plantas
Título(s) alternativo(s): Optical analysis of leaves and flowers of plants
Autor(es): Janeczko, César
Orientador(es): Martelli, Cicero
Palavras-chave: Antocianinas
Microscopia
Pigmentos - Análise
Orquídea
Processamento de imagens - Técnicas digitais
Botânica - Anatomia - Identificação - Métodos
Engenharia elétrica
Anthocyanins
Microscopy
Pigments - Analysis
Orchids
Image processing - Digital techniques
Botany - Anatomy - Identification - Methods
Electric engineering
Data do documento: 21-Ago-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: JANECZKO, César. Análise óptica de folhas e flores de plantas. 2019. 192 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
Resumo: Este trabalho propôs-se a realizar experimentos de medição com as técnicas ópticas de microscopia para extrair algumas características físicas e químicas de folhas e flores de forma indireta, com o intuito de se entender a relação da estrutura físico/químico das folhas e flores com relação às suas funcionalidades e a iteração com agentes externos. Bem como, medições espectrofotométricas com o intuito de analisar se há correlação de pigmentos em folhas e flores, haja visto que “a flor é considerada uma folha modificada”. Através do processamento de imagens microscópicas, desenvolveu-se um mapeamento colorido da superfície de folhas e flores, através da medição indireta do ângulo de contato na tripla interface entre a gota de água, a superfície e o ar. Portanto, consegue-se a partir de uma imagem que é representada por uma função bidimensional, dados de uma cena tridimensional, onde as gotas tem uma interação físico-químicas com da superfície analisada, resultando numa medida de molhabilidade da superfície. O volume da gota foi calculado pelo brilho refletido na superfície abaixo da gota, quando iluminado pela iluminação proposta; o diâmetro da gota medido por algoritmo de detecção de círculos e o ângulo de contato foi calculado pelo método top-down, proposto por (DUTRA et al., 2017), mostrando posteriormente um mapeamento colorido da superfície. Várias analises foram feitas para validar o método e demostrar que este é capaz de obter informações de molhabilidade, mostrando sua correspondência com as funções biológicas. Na orquidácea Cattleya warneri, as folhas jovens mostraram-se hidrofóbicas, enquanto as folhas velhas se tornam praticamente hidrofílicas, como resultado da exposição contínua às mudanças no ambiente ao longo do tempo. As flores são hidrofóbicas devido à sua função de atratividade visual e tátil para a polinização de animais, bem como a autolimpeza de sujeira e patógenos. Analisando-se 22 superfícies foliares, corroboramos que as superfícies adaxiais das folhas são mais molháveis do que as superfícies abaxiais e isso pode estar relacionado a maior densidade estomática no lado abaxial que no adaxial. Outros fatores, como a alta densidade de tricomas também normalmente é relacionada à menor molhabilidade das folhas. O mapeamento da superfície se mostrou um instrumento poderoso para o monitoramento regular das plantas, e uma ferramenta científica capaz de fornecer análises em superfícies de qualquer tipo nas interfaces com a gota em nível de nanoescala. Aqui, conseguimos mapear toda a superfície, e não apenas as bordas como nos métodos de visão lateral. No apêndice A, encontramos uma vasta revisão bibliográfica a respeito de pigmentos, sua extração e peculiaridades, e as formas de análise espectrométricas e cromatográficas. Os resultados mostraram haver uma correlação entre as substâncias extraídas de flores e folhas, tal correlação não é apontada na literatura, apesar de ser postulado que flor é uma folha modificada.
Abstract: The objective of this work was to perform measurement experiments using optical microscopy techniques to extract some physical and chemical characteristics of leaves and flowers by an indirect way, in order to understand the relation of the physical / chemical structure of leaves and flowers with relation to its functionalities and the iteration with external agents. As well as spectrophotometric measurements in order to analyze if there is correlation of pigments in leaves and flowers, since the “flower is considered a modified leaf”. Through microscopic image processing, a colored mapping of the leaf and flower surface was developed by indirect measurement of the contact angle at the interface between the water drop, the surface and the air. Thus providing, from a two-dimensional image three-dimensional data, interrelated to the physical-chemical nature of the analyzed surface, through the wettability of the surface. The volume of the drop was calculated by the reflected brightness on the surface below the drop, when illuminated by the proposed illumination; the diameter of the droplet measured by circle detection algorithm and the contact angle was calculated by the top-down method proposed (DUTRA et al., 2017), subsequently showing a colored surface mapping. Several analyzes have been done to validate the method and demonstrate that the wettability information has correspondence with biological functions. In orchidaceae Cattleya warneri, young leaves are hydrophobic, while old leaves become hydrophilic, because of continual exposure to changes in the environment over time. The flowers are hydrophobic due to their function of visual and tactile attractiveness for pollination of animals, as well as the self-cleaning of dirt and pathogens. By analyzing 22 leaf surfaces, we corroborate that the adaxial surfaces of the leaves are hydrophilic and the abaxial surfaces are hydrophobic, and this may be related to a greater stomatal density in the abaxial than in the adaxial side. Other factors, such as the high density of trichomes are also usually related to the lower wettability of the leaves. Surface mapping has proven to be a powerful tool for regular plant monitoring. Moreover, it is a scientific tool able to provide analyzes on surfaces of any type at the interfaces with the drop in nanoscale level. Here, we can map the entire surface, not just in the edges as in the side view methods. In Appendix A, we find a vast bibliographical review about pigments, their extraction and peculiarities, and the spectrometric and chromatographic forms of analysis. The results showed a correlation between the substances extracted from flowers and leaves. Such correlation is not indicated in the literature, although it is postulated that flower is a modified leaf.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4417
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