При внимательном визуальном изучении техники письма и анализа живописной фактуры картины, можно заметить нижележащие слои красок — жёлтые, коричневые, белые, винно-красные, зелёные, синие. Эти цвета не только обогащают палитру, но и создают иллюзию неясных образов предметов и фигур, которые пробуждают воображение и усиливают художественное восприятие. В новой экспозиции Новосибирского художественного музея, открывшейся в июне 2002 года, картина впервые получила освещение с левой стороны. Неожиданно в правой нижней части композиции, в водном пространстве, стало различимо изображение мужской головы, написанной в перевёрнутом виде и в большем масштабе по отношению к основной композиции.
Дополнительный анализ показал, что эта голова имеет явное портретное сходство с А.С. Пушкиным. Постепенно проявилась целая скрытая композиция: полуфигура поэта в жёлтом сюртуке обращена к двум другим фигурам — Петрову-Водкину и поэту Андрею Белому. В руке Пушкина — лист бумаги, Белый держит раскрытую книгу. Между ними художник изобразил себя, его фигура обращена к зрителю, а взгляд направлен прямо на него. В нижней части картины ясно просматриваются черты головы Петрова-Водкина, белая рубашка с острым воротником и винно-красный галстук. В углу картины угадываются очертания небольшой охристой лодки, а за плечом Пушкина — характерные наклонные линии, типичные для композиций Петрова-Водкина.
Рентгенологическое исследование, проведённое Институтом ядерной физики в новосибирском Академгородке, подтвердило гипотезу о том, что это один из неосуществлённых вариантов группового портрета русских писателей разных эпох, над которым Петров-Водкин начал работать в 1932 году в Детском Селе. Картина не была завершена, а считалось, что эскизы утеряны. Однако, согласно воспоминаниям Е.К. Петровой-Водкиной, одна из композиций на эту тему была продана в США в 1930-х годах.
Живописно проработанная поверхность одного из вариантов группового портрета, на фоне композиции с женщинами на берегу и лодками, стала основой для картины «Колхозница на озере Ильмень». Все элементы и их расположение на плоскости картины, обнаруженные как визуально, так и с помощью рентгеновского исследования, совпадают с изображением на фотографии из альбома Юрия Русакова.
Рентгенологическое исследование также выявило более ранний, третий живописный слой, относящийся к 1920-м годам. Этот слой представляет жанровую сцену с мужской и женской полуфигурами за столом с самоваром на фоне пейзажа за окном.
Ранние эскизы, просматриваемые сквозь живописную ткань, были использованы художником как своеобразный цветовой подмалёвок, который придал богатство структуре новосибирского полотна. Картина неожиданно раскрывает жизненные и социальные коллизии, связанные с её созданием.
Одно из самых поэтичных произведений советской живописи было названо в духе времени — «Колхозница на озере Ильмень». Само слово «колхозница» стало своеобразным «билетом», дающим право на существование картины в условиях пропаганды того времени, с её фетишами вроде «революции», «колхоза» и «трудовых будней».
К сожалению, задуманному Петровым-Водкиным групповому портрету писателей, который, возможно, содержал ключ к его творческой программе, не нашлось места в героических буднях того времени.
Журналист В.Н. Гросс, умный и доброжелательный сосед Петровых-Водкиных по Детскому Селу, был одним из немногих, кто по достоинству оценил гениальность художника. Он писал: «Наши молодые кадры, создающие новый стиль пролетарского искусства, должны учиться у Петрова-Водкина, но при этом углублять его философские размышления через социальный анализ». В других изданиях критика была куда менее изящной, с требованиями большей злободневности. Поддавшись этим веяниям времени, Петров-Водкин назвал хрупкую фигуру дочери в лодке на бушующем озере «колхозницей». Несмотря на искреннее желание служить пролетарскому искусству, которое гармонировало с его происхождением сына сапожника, его новаторство и философский подтекст оказались не приняты ни коллегами, ни временем. Одной из таких непонятых картин стало «Новоселье» (1937), а его автопортрет с Пушкиным и Андреем Белым, созданный на фоне другой работы — изображения девушек на Волге — остался «спрятанным» под полотном, которое в итоге стало «Колхозницей на озере Ильмень».
В последние годы своей жизни Петров-Водкин сосредоточился на портретах дочери, друзей и жены.
Художник, обладавший необычайной целостностью и придававший глубокий смысл каждому моменту, сделал предложение своей будущей жене, Марии Йованович, после нескольких недель знакомства, во время работы над её портретом в 1906 году. Так появилась его первая картина с образом жены, которая стала постоянной моделью на протяжении их тридцатилетнего брака. Её портреты заслуживают отдельного искусствоведческого исследования.
Образ Марии Федоровны с гладко убранными тёмными волосами, классическим овальным лицом и характерным профилем часто встречается в его работах. В её сосредоточенности и погруженности в себя художник нашел не только вдохновение, но и свою жизненную спутницу.
Она покинула виллу под Парижем, окруженную фруктовым садом и парком в английском стиле с цветущими розами. После смерти отца её мать сдавала десять комнат виллы и пансион приличным иностранцам. С одним из них — молодым, тогда ещё неизвестным русским художником — Мария Фёдоровна уехала в Россию. До конца жизни она предпочитала говорить по-французски, и в доме Петрова-Водкина всегда звучали два языка. Родственники мужа восприняли её по-разному: отец обожал её, а мать относилась с прохладой, называя «французской принцессой». Воспитание, полученное в католическом монастыре, помогло ей справиться с трудностями послереволюционного быта. Отказавшись от карьеры камерной певицы после замужества, Мария Фёдоровна продолжала брать уроки вокала в начале 1920-х. Музыка играла важную роль в их семье: Петров-Водкин играл на скрипке, а её меццо-сопрано поражало своей силой. Среди друзей семьи были композиторы Шапорин, Прокофьев, Кусевицкий, а также писатели Вячеслав Шишков, Алексей Толстой, Ольга Форш, Михаил Пришвин — все они составляли литературную колонию Детского Села, частью которой были и Петров-Водкин с женой.
Рождение их единственной дочери стало большим испытанием: шестнадцать лет ожидания, тяжелые роды, угроза жизни матери и последовавшая болезнь Марии Фёдоровны. Однако для Петрова-Водкина это событие символизировало творческое обновление — рождение человека осознавалось им как явление планетарного масштаба.
К началу 1920-х его художественная система завершилась и обрела философское осмысление. Последний «прощальный» портрет жены был особенно важен для него, как подтверждал Розенфельд. Это нашло подтверждение и в воспоминаниях их дочери: «...Мы переезжали из Детского Села в Ленинград зимой 1935 года, что крайне не благоприятствовало здоровью отца. Ленинградский воздух вызвал обострение его болезни. Частые поездки в город становились всё тяжелее... Ленсовет выделил отцу квартиру в кооперативном доме Рабиса. <…> На шестом этаже находилась его мастерская с низким потолком и двойным освещением. В центре стоял мольберт, рядом два столика — один для палитры и кистей, другой для ящика с красками. Уютное кресло с овчиной и шкаф с рисунками, акварелями, рукописями и книгами дополняли пространство. Картин было много, большинство стояло, обращённое к стене, другие хранились в рулонах. На стенах висели лишь два портрета мамы — один 1934 года в голубом платье и другой, 1910 года, а остальные часто менялись».