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Jul 18, 2023

Monitoramento óptico do status de crescimento das plantas usando polarimetria

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21841 (2022) Citar este artigo 1426 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics A polarimetria é uma técnica de caracterização poderosa que utiliza uma riqueza de

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21841 (2022) Citar este artigo

1426 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

A polarimetria é uma técnica de caracterização poderosa que utiliza uma riqueza de informações de ondas eletromagnéticas, incluindo polarização. Usando as ricas informações fornecidas pela polarimetria, ela está sendo ativamente estudada em áreas biomédicas, como câncer e diagnóstico de tumores. Apesar da sua importância e potencial na agricultura, a polarimetria para plantas vivas não foi bem estudada. Um sistema de imagem polarimétrica Stokes foi construído para determinar a correlação entre os estados de polarização da luz que passa pela folha e os estados de crescimento da alface. O parâmetro Stokes s3 associado à polarização circular aumentou ao longo do tempo e foi fortemente correlacionado com o crescimento de mudas de alface. Na análise estatística, a distribuição de s3 seguiu a função de densidade de probabilidade de valor extremo generalizado (GEV). O estresse salino retardou o crescimento das plantas, e a concentração de cloreto de sódio (NaCl) tratado apresentou correlação negativa com o parâmetro de localização μ do GEV. A correlação clara aqui relatada abrirá a possibilidade de medições de polarização em plantas vivas, permitindo o monitoramento em tempo real da saúde das plantas.

O estado de polarização da luz refratada, refletida ou difratada por um material depende das propriedades do material. A polarimetria óptica é usada para analisar as propriedades físicas ou químicas dos materiais, medindo e interpretando mudanças no estado de polarização da luz1. A elipsometria é uma das técnicas bem conhecidas usadas para caracterizar materiais medindo estados de polarização. O poder versátil das medições de polarização não se limita a objetos como compostos orgânicos ou inorgânicos, mas também pode ser usado em organismos (por exemplo, órgãos, tecidos e células). O diagnóstico biomédico por polarimetria é uma das técnicas mais estudadas nesta área2,3,4,5. O enorme benefício do diagnóstico biomédico polarimétrico é a medição sem contato e em tempo real. Por exemplo, a fibra óptica polarimétrica Mueller é utilizada para o diagnóstico de câncer4.

Pela mesma razão, o diagnóstico de plantas vivas é uma técnica promissora para a agricultura. Entretanto, existem poucos estudos sobre técnicas de polarização para plantas vivas6,7,8,9,10,11,12,13. A polarimetria utiliza não apenas a amplitude de uma onda eletromagnética em um determinado comprimento de onda de luz, mas também a informação de fase1. Assim, pode fornecer mais informações sobre a planta do que a análise hiperespectral convencional, que utiliza apenas a amplitude do campo eletromagnético14,15,16,17,18,19,20,21,22. Muitos parâmetros podem ser obtidos a partir da polarimetria, incluindo o ângulo azimutal de polarização e a elipticidade. No entanto, a maioria das pesquisas anteriores limitou-se a usar apenas informações de despolarização para monitorar o estado das plantas6,8,12,13. Assim, uma correlação exata entre o estado das plantas e o estado de polarização da luz ainda não foi revelada e permanece uma questão em aberto.

Atualmente, algumas plantas crescem em ambientes controlados (por exemplo, estufas e fábricas de plantas) onde a luz, a temperatura e a umidade são reguladas artificialmente para permitir a colheita durante todo o ano. Entretanto, as plantas podem crescer de forma diferente, mesmo em ambientes controlados, pelo que é necessário desenvolver técnicas de monitorização. Para determinar a correlação entre os estados de polarização e o crescimento das plantas, foi construído um sistema de imagem polarimétrica Stokes. Utilizando o sistema de imagem Stokes, os estados de polarização da luz que passa pelas folhas de alface foram registrados e analisados. A alface (Lactuca sativa L.) foi escolhida como tema por ser uma das hortaliças folhosas mais populares cultivadas e consumidas em todo o mundo23. Neste artigo, foi mostrada uma forte correlação entre o crescimento das plantas e o estado de polarização, comprovando a viabilidade de medições de polarização para monitoramento de plantas.