Анализ предметной области и разработка требований к системе

В данной главе проведен анализ предметной области, сформулирована задача исследования, описаны основные бизнес-процессы, обоснована необходимость создания системы, сформулированы требования к разрабатываемой системе, а также осуществлен обзор наиболее значимых аналогов в области распознавания пыльцевых зерен.

Описание предметной области

В данной части описывается предметная область — палинология, один из основных объектов палинологического анализа пыльцевое зерно, спорово-пыльцевой анализ и его этапы: сбор пыльцевых зерен, их обработка и распознавание.

Введение

в палинологию Палинология — это междисциплинарная наука, являющаяся частью ботаники, систематики, геологии, археологии, медицины и других отраслей, и связанна с изучением спор и пыльцевых зерен растений их рассеивания и применения. Палинология как наука возникла в 30гг. ХIX столетия. Принято считать, что термин «палинология» ввели в литературу Х. Х. Хайд и Д. А. Вильямс в своих работах в 1944 году.

Разделы палинологии:

• 1. Палиноморфология изучает морфологическое строение пыльцевых зёрен и спор.
• 2. Аэропалинология изучает состав и закономерности формирования пыльцевого дождя.
• 3. Мелиссопалинология (мелиттопалинология, апипалинология) изучает пыльцевые зерна медоносов.
• 4. Палеопалинология занимается реконструкцией растительного покрова и климата прошлых эпох, а также установлением стратиграфических границ в геологических разреза.
• 5. Археологическая палинология занимается решением вопросов палеоэкологии человека в древности и средневековье.
• 6. Криминалистическая (судебная) палинология занимается изучением пыльцевых зерен и других палиноморфов для описания и изучения места преступления.
• 7. Экологическая палинология является молодой наукой, которая изучает экологию и окружающую среду планеты в прошлом и настоящем.

Объектами палинологического анализа являются палиноморфы, т. е. пыльцевые зерна. Далее более подробно рассмотрим, что означает этот термин.

Пыльцевые зерна — это отдельные части пыльцы, которые образуются в гнездах пыльника и служат для полового воспроизведения.

Пыльцевое зерно представляет по своей сути биологический контейнер, выполняющий защитную функцию от неблагоприятных воздействий окружающей среды, для того чтобы передать мужской гаметофит покрытосеменных или голосеменных растений с пыльника на пестик.

Пыльцевые зерна различных видов растений различают по размеру, форме, цвету, а также текстуре клеточной стенки. По размеру пыльцевые зерна варьируются от 10 до почти 250 мкм. По размеру различают круглые, овальные, дисковидные, фасолевидные, и нитевидные. В основном пыльцевые зерна имеют белый, желтый, кремовый или оранжевый цвет. По текстуре клеточной стенки пыльцевые зерна различают от гладкой до по покрытой различными выростами — апертурами.

Оболочка пыльцевого зерна состоит из двух базовых слоев — экзины и интины (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Строение пыльцевого зерна.

Интина (см. рис. 1.1) — это внутренний слой оболочки пыльцевого зерна. Она облегает его содержимое и служит материалом, образующим пыльцевую трубку. Интина легко разрушает под действием кислот и щелочей и в ископаемом состоянии не сохраняется. Интина имеется у всех цветковых растений.

Экзина (см. рис. 1.1) — это внешний слой оболочки пыльцевого зерна. Благодаря основному ее компоненту — спорополленину, экзина характеризуется необычной стойкостью: в отличии от интины она не растворяется в кислотах и щелочах, выдерживает температуру до 100 градусов по Цельсию и сохраняется миллионы лет в геологических отложениях.

Чаще всего экзина пыльцевого зерна содержит эластичные, гибкие, чаще тонкие или даже перфорированные места, служащие для выхода пыльцевой трубки, которые называются апертурами пыльцевого зерна (см. рис. 1.1). Строение апертур, их число и расположение на поверхности пыльцевого зерна являются важнейшими признаками при установлении морфологических типов пыльцы.

Таким образом размер, форма, цвет, апертуры, а также строение и толщина экзины и интины пыльцевого зерна являются важными таксономическими признаками растения.

Далее рассмотрим этапы анализа пыльцевых зерен: сбор, обработку и распознавание.

Первый этап спорово-пыльцевого анализа — это сбор пыльцы (см. рис. 1.2). Существует несколько способов сбора пыльцевых зерен, в зависимости от поставленной задачи. Для получения пыльцы с живых растений, пыльцу непосредственно собирают с цветов или деревьев в бумажные конверты с помощью пинцета. Далее собранные цветки и соцветия выдерживают на листах бумаги в течение нескольких часов, после чего выделяют пыльцевые зерна с гербарного материала. Для получения пыльцевых зерен из воздуха (например, для анализа на аллергены), пыльцу улавливают с помощью специального фильтра, втягивающего воздух вместе с пылинками, которые осаждаются на липкую ленту. Для анализа качества пыльцевых зерен медоносов пчеловоды собирают пыльцевые зерна непосредственно из ульев.

Следующий после сбора этап палинологического анализа заключается в химической обработке образцов пыльцевых зерен и микроскопическом анализе в лаборатории. Для приготовления микропрепаратов пыльцевых зерен наиболее часто используют метод Вудхауза, который заключается в окрашивании пыльцевых зерен слабым спиртовым раствором фуксина и последующем заключении их в глицерин-желатиновую среду. Далее путем микроскопического анализа эксперт подсчитывает количество пыльцевых зерен и спор в каждом образце с помощью светового микроскопа. Данный этап схематично изображен на рис. 1.3.

Последний этап — распознавание (рис. 1.4). Эксперт самостоятельно определяет род и вид растения после чего вносит результаты в компьютер сам или с помощью помощника. Для определения таксономической принадлежности пыльцы и спор эксперт пользуется определителями и атласами, что занимает немало времени. На данном этапе есть возможность автоматизировать процесс распознавания.

Рисунок 1.2. Сбор пыльцевых зерен.

Рисунок 1.3. Обработка и микроскопирование пыльцевых зерен.

Рисунок 1.4. Распознавание пыльцевых зерен.