Abstrakt

Konopie indyjskie (Cannabis sativa L.) są uprawiane przez licencjonowanych producentów w Kanadzie do celów leczniczych i rekreacyjnych. Niedawna legalizacja tej rośliny w 2018 r. doprowadziła do szybkiego rozwoju branży, a produkcja szklarniowa stanowi najczęstszą metodę uprawy. Żeńskie rośliny konopi indyjskich wytwarzają kwiatostany zawierające przysadki gęsto pokryte gruczołowymi trichomami, które syntetyzują szereg ważnych komercyjnie kannabinoidów (np. THC, CBD), a także terpeny. Zawartość i jakość kannabinoidów zmienia się w ciągu 8-tygodniowego okresu kwitnienia do takiego stopnia, że ​​czas zbioru może znacząco wpłynąć na jakość produktu. Dojrzewaniu kwiatów konopi towarzyszy zmiana koloru główek trichomów, która postępuje od przejrzystego do mlecznego, a następnie brązowego (bursztynowego) i można ją zobaczyć wizualnie przy użyciu małego powiększenia. Jednak znaczenie tej zmiany, ponieważ wpływa ona na jakość i opisuje dojrzałość, nigdy nie zostało zbadane. Aby ustalić związek między dojrzewaniem włosków a zmianami koloru główki włoska (fenotypem), opracowaliśmy nowy automatyczny proces analizy gruczołów włosków przy użyciu głębokiego uczenia. Najpierw zebraliśmy zbiór danych makrofotografii oparty na 4 komercyjnie uprawianych odmianach konopi, mianowicie 'Afghan Kush’, 'Green Death Bubba’, 'Pink Kush’ i 'White Rhino’. Obrazy uzyskano w dwóch modalnościach: konwencjonalnej makroskopowej fotografii świetlnej i makroskopowej fluorescencji indukowanej promieniowaniem UV. Następnie wdrożyliśmy proces, w którym heurystyka klarowny-mleczny-brązowy została wstrzyknięta do algorytmu w celu ilościowego określenia progresji fenotypu włosków w ciągu 8-tygodniowego okresu kwitnienia. Dla każdej odmiany w okresie kwitnienia zarejestrowano serię krzywych fenotypu klarownego, mlecznego i brązowego, które zostały zweryfikowane jako wskaźniki dojrzewania włosków i odpowiadały wcześniej opisanym parametrom rozwoju włosków, takim jak średnica główki gruczołu włosków i wydłużenie łodygi. Wyprowadziliśmy również metryki morfologiczne opisujące geometrię gruczołu włosków z prognoz segmentacji głębokiego uczenia, które profilowały dojrzewanie włosków w okresie kwitnienia. Zaobserwowaliśmy, że dojrzałe i starzejące się włoski wykazywały właściwości fluorescencyjne, które odzwierciedlały się w przejrzystych, mlecznych i brązowych fenotypach. Nasza metoda została potwierdzona dwoma eksperymentami, w których narzucono czynniki wpływające na jakość włosków i rozwój kwiatów, a następnie efekty zostały skwantyfikowane przy użyciu potoku głębokiego uczenia. Nasze wyniki wskazują na wykonalność zautomatyzowanej analizy włosków jako metody oceny dojrzewania kwiatów żeńskich uprawianych w bardzo zmiennym środowisku, niezależnie od szczepu. Odkrycia te mają szerokie zastosowanie w rozwijającym się przemyśle, w którym jakość kwiatów konopi jest poddawana zwiększonej ostrożności w przypadku zastosowań leczniczych i rekreacyjnych.