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Tipo do documento: Dissertação
Título: IDENTIFICAÇÃO DE MARCADORES EM ESPÉCIES DE MYRTACEAE POR MEIO DE ESPECTROSCOPIA, ANÁLISE DE IMAGENS E QUIMIOMETRIA
Autor: Cucchi, Patricia Aparecida 
Primeiro orientador: Lima, Vanderlei Aparecido de
Primeiro coorientador: Lima, Patrícia Carla Giloni de
Resumo: Tendo em vista a importância da Quimiometria e a dificuldade de identificação de espécies de Myrtaceae, família com diversas espécies frutíferas, com alto potencial ornamental e econômico, o presente estudo objetivou classificar cinco espécies de Myrtaceae por meio de ferramentas quimiométricas e de aprendizado de máquina. Os teores de pigmentos fotossintéticos das espécies da família Myrtaceae foram estimados por meio de imagens, e posterior modelagem pelos algoritmos: Mínimos Quadrados Parciais (PLS), Floresta Randômica (FR), Rede Neural Artificial (RNA) e Máquina de Vetor de Suporte (SVM). As espécies analisadas foram: Campomanesia guazumifolia (Cambess.) O. Berg, Campomanesia xanthocarpa (Mart.) O. Berg, Eugenia involucrata DC., Eugenia uniflora L. e Psidium cattleyanum Sabine, encontradas em um fragmento de Floresta Ombrófila Mista Aluvial (FOM), localizado no Campus CEDETEG da UNICENTRO, Guarapuava, PR. As análises de fluorescência da clorofila a por indução da cinética rápida ou transitória (curva OJIP) ocorreu in situ. As folhas das cinco espécies de Myrtaceae foram coletadas e seus pigmentos fotossintéticos foram extraídos e analisados por espectrofotometria UVVIS. As imagens dos extratos de cada amostra foram obtidas com o auxílio de um smartphone e os tons de cinza foram analisados no software ChemoStat®, por meio do histograma de cor RGB. Os teores de pigmentos fotossintéticos foram modelados utilizando-se o software Weka 3.9, por modelos de regressão baseados nos algoritmos PLS e FR. As classificações das espécies também foram realizadas utilizando-se os algoritmos PLS, FR, RNA e SVM. Os teores de clorofila a (Chla) oscilaram entre 0,99 - 1,38 μg/mL, de clorofila b (Chlb) entre 0,34 - 0,67 μg/mL, clorofila total entre 1,38 - 2,11 μg/mL e os carotenoides entre 0,14 - 0,21 μg/mL, para as espécies analisadas. Os maiores teores de Chla, Chlb e clorofila total, foram observados na espécie E. involucrata e os menores teores na espécie E. uniflora. Os teores de carotenoides foram maiores na espécie E. uniflora e menores na espécie C. guazumifolia. A validação dos modelos ocorreu sempre por validação cruzada e por validação externa. Na validação cruzada, os hiperparâmetros de cada modelo foram ajustados e sempre observou-se que o algoritmo FR foi melhor que o algoritmo PLS para a modelagem dos teores de pigmentos das espécies de Myrtaceae e pelos seus histogramas RGB. A classificação por varredura espectrofotométrica foi avaliada pelos algoritmos RNA e SVM, que sempre apresentaram os melhores resultados para este tipo de modelagem. A espécie E. uniflora apresentou a maior emissão da fluorescência pela curva OJIP. A análise da impureza por FR selecionou 15 parâmetros de fluorescência que permitiram a classificação das espécies avaliadas. Os métodos empregados para modelagem foram eficientes para estimar as concentrações de pigmentos fotossintéticos, por histogramas de cor RGB e varredura espectroscópica por UV-VIS. As ferramentas quimiométricas, bem como as de aprendizado de máquina: PLS, FR, RNA e SVM foram importantes na classificação das espécies de Myrtaceae avaliadas nesta pesquisa. Os parâmetros de fluorescência da clorofila a e os teores de pigmentos fotossintéticos presentes nas folhas das espécies avaliadas, podem ser utilizados como marcadores para diferenciação taxoquimiométrica.
Abstract: Because of the importance of Chemometrics and the difficulty in identifying species of Myrtaceae, a family with several fructiferous species, with high ornamental and economic potential, the present study aimed to classify five species of Myrtaceae by chemometric tools and machine learning. The photosynthetic pigment contents of species of the Myrtaceae family were estimated by images, and modeling by the algorithms: Partial Least Squares (PLS), Random Forest (RF), Artificial Neural Network (ANN), and Support Vector Machine (SVM). The species analyzed in this study were: Campomanesia guazumifolia (Cambess.) O. Berg, Campomanesia xanthocarpa (Mart.) O. Berg, Eugenia involucrata DC., Eugenia uniflora L. e Psidium cattleyanum Sabine, belonging to the Alluvial Araucaria Forest (FOM) fragment, located at the UNICENTRO CEDETEG campi, Guarapuava, PR. The fluorescence analyses of chlorophyll a by induction of rapid or transient kinetics (OJIP curve) occurred in situ. The leaves of the five species of Myrtaceae were collected and their photosynthetic pigments were extracted and analyzed by UV-VIS spectrophotometry. The images of the extracts of each sample were obtained using a smartphone and the grayscales were analyzed using the ChemoStat® software, and RGB color histogram. The contents of photosynthetic pigments were modeled using the Weka 3.9 software, and regression models based on the PLS and RF algorithms. Species classifications were also performed using the PLS, RF, ANN, and SVM. Chlorophyll a (Chl a) content ranged between 0.99 - 1.38 μg/mL, chlorophyll b (Chl b) between 0.34 - 0.67 μg/mL, total chlorophyll between 1.38 - 2.11 μg/mL and carotenoids between 0.14 - 0.21 μg/mL, for the all species analysed. The highest content of Chl a, Chl b and total chlorophyll were observed in the species E. involucrata and the lowest content in the species E. uniflora. The contents of carotenoids were higher in E. uniflora and lower in C. guazumifolia. The validation of the models has always occurred through Cross- Validation and external validation. In Cross Validation, the hyperparameters of each model were adjusted and it was always observed that the RF algorithm was better than the PLS algorithm for modeling the pigment contents of the Myrtaceae species and their RGB histograms. The classification by spectrophotometric scanning was evaluated by the ANN and SVM algorithms, which always presented the best results for this type of modeling. E. uniflora showed the highest fluorescence emission by the OJIP curve. The RF impurity analysis selected 15 fluorescence parameters that allowed the classification of the species evaluated. The methods used for modeling were efficient to estimate the concentrations of photosynthetic pigments, by RGB color histograms and spectroscopic scanning by UV-VIS. The chemometric tools, as well as the machine learning tools: PLS, RF, ANN, and SVM were important to classify Myrtaceae species, evaluated in this research. The fluorescence chlorophyll-a parameters and the contents of photosynthetic pigments present in leaves of the species evaluated can be used as markers for taxon-chemometric differentiation.
Palavras-chave: Aprendizado de máquina
araçá
cereja-do-rio-grande
Fluorescência da clorofila
FOM aluvial
guabiroba
pitanga
sete-capotes
Machine learning
Cattley guava
Chlorophyll fluorescence
Alluvial FOM
Guabiroba
Brazilian cherry
sete-capotes
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual do Centro-Oeste
Sigla da instituição: UNICENTRO
Departamento: Unicentro::Departamento de Ciências Exatas e de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química (Mestrado)
Citação: Cucchi, Patricia Aparecida. IDENTIFICAÇÃO DE MARCADORES EM ESPÉCIES DE MYRTACEAE POR MEIO DE ESPECTROSCOPIA, ANÁLISE DE IMAGENS E QUIMIOMETRIA. 2020. 118 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Química - Mestrado) - Universidade Estadual do Centro-Oeste, Guarapuava-PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unicentro.br:8080/jspui/handle/jspui/1600
Data de defesa: 5-Ago-2020
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada

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