CN114026214A - 自动孢子捕捉器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种孢子捕捉装置，其包括适于接收受污染的叶子的储存器(1)、和电子检测装置(2)，其中电子检测装置包括抽吸管、光学室、高纯度过滤器和气泵，其特征在于，抽吸管适于吸入受污染的叶子附近的空气并将空气发送到光学室，其中，光学室包括一个或多个光源和一个或多个光学检测器，一个或多个光学检测器适于检测由孢子引起的荧光强度、光谱、衰减中的至少一种或这些的任何组合以及光散射强度、角度图案、时间分辨信号中的至少一种或这些的任何组合。孢子捕捉装置将放置在需要防止真菌有关病害的植物(3)附近。

Description

自动孢子捕捉器
技术领域
本发明涉及孢子监测，尤其涉及用于孢子捕捉和监测的装置和方法。
背景技术
真菌孢子，特别是那些在树木栽培、园艺和葡萄栽培中污染叶子和果实的真菌孢子，具有巨大的经济影响。如果不加以适当预防，它们会影响作物的质量，并且某些病原体造成的损失可高达80％。
为了防止这种真菌孢子增殖，有必要监测孢子活性。
当前的孢子监测方法可以分为两大类，包括预测方法和事后分析(采样)方法。
第一类包含预测模型，其通常作为软件分发，使用当前的气象值、历史数据和复杂的算法。由于有利的条件和成熟度，这些模型每小时提供对最终子囊孢子释放的预测。不同的软件解决方案已经被详细制定并在世界范围内广泛销售。这些解决方案的主要优点是它们快速且通常过度保护的响应。事实上，这些软件程序通常会在气象条件合适的时候例如刚好在雨后预测孢子的释放。这意味着遵循此类模型的预测的种植者很可能不会遭受例如苹果黑星病的植物病害。同时，这些软件解决方案的过度预测特性导致了这样一个事实：树木、园艺和葡萄种植者不得不用化肥和杀虫剂来过度处理他们的种植园，因为没有可靠的方法来快速验证警报是真还是假。这导致严重的过度处理，其对植物和最终消费者都是有害的。
第二类方法结合了所有在介质上对空气采样的仪器，该空气将通过手动或自动方式被进一步分析。这种方法的一个示例是经典的Marchi孢子捕捉器，它具有将透明胶带暴露于气流的机制，然后该透明胶带由有资格的人员在显微镜下进行分析。另一个示例是芯片实验室或分子方法，这种方法在采样介质上或水中收集空气，然后通过PCR、DNA测序、靶向标记和荧光检测等对该空气进行分析。所有这些方法都需要样本收集、操作员和事后分析，导致了延迟的响应。此外，实施这些方法来连续地或甚至在气象条件良好的时间里监测子囊孢子和分生孢子的释放，使得这些方法变得非常昂贵且不可大规模使用。
因此需要这样一种新的可靠且反应灵敏的孢子监测装置和方法。
就这一点而言，本发明的主要目的是解决上述问题，并且尤其是提供一种提供快速且可靠的孢子监测的装置和方法，该装置和方法适用于在短时间段内提供可靠的测量，从而防止对孢子的过度处理和孢子的增殖。
发明内容
本发明解决了上述问题。更具体地，本发明的方法和装置适用于自动跟踪相关真菌孢子并向有关各方警告所述相关真菌孢子的浓度级别过高。这可以更好地预防植物病害，例如苹果黑星病、霜霉病和白粉病、灰霉病或其他真菌病原体。
就这一点而言，本发明的第一方面是测量装置，该测量装置包括相关农业植物(树木或其他类型)的受污染的叶子、具有泵的抽吸机构、用于在单独的空气传播粒子上引起光散射的第一光源(优选为激光器或激光二极管)、多角度光散射检测器(其获取与读取电子设备耦合的信号，触发第二光源以激发所引起的荧光，优选为(一个或多个)UV LED或激光器)、以及与读取电子设备耦合的光谱分辨光传感器。
有利地，该装置还包括警报***，该警报***适于在检测到孢子时向用户发送已检测到孢子的信号。
优选地，受污染的叶子是过去从相关植物上落下的叶子，优选地是从前一季节从相关植物上落下的叶子，因此它们将具有与在相同气象条件的场地中的叶子相同的真菌并释放相同的孢子。
当使用该装置时，优选地在相关场地中或在相关场地附近以经历相同的气象条件，并且当该装置检测到受污染的叶子或更具体地受污染的叶子上的真菌在该装置内形成并释放孢子时，其将警告用户已在装置中检测到孢子并且因此在相关场地中正发生同样的情况的风险。
这些叶子优选被彼此相邻地平放，更优选覆盖1x 1m或更大的表面，并且测量部件应放置在叶子的顶部或紧邻叶子放置。
有利地，叶子应当放置在像蚊帐的小型金属网格之间，以防止地面蠕虫和昆虫破坏它们。
优选地，多角度光散射检测器应覆盖至少4个散射角。
根据优选实施方式，多角度光散射检测器应及时获取散射踪迹，这意味着每个粒子的通过应该在时间上被记录和分辨。电子设备的采集速度应至少为每秒每个通道1百万(Mega)个样本。
有利地，光谱分辨光传感器覆盖至少4个波长范围(荧光带)。
本发明的第二方面是一种向用户提供孢子在相关场地中正在释放的信息的方法，该方法包括将第一方面的装置放置在相关场地中或相关场地附近，以使该装置经历与该场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
本发明的第三方面涉及第一方面的装置的用途，该用途包括将该装置放置在相关场地中或在相关场地附近，以使该装置经历与该场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
附图说明
本发明的其他特定优点和特征将从以下将参考随附附图的本发明的至少一个实施方式的非限制性描述中变得更加明显，其中
-图1表示根据本发明的第一实施方式的自动孢子捕捉器，
-图2表示根据本发明的第二实施方式的自动孢子捕捉器，以及
-图3表示根据本发明的第三实施方式的自动孢子捕捉器。
-图4表示在相关场地中或在相关场地附近使用的本发明的装置。
具体实施方式
当前详细的描述旨在以非限制性方式说明本发明，这是因为实施方式的任何特征可以以有利的方式与不同实施方式的任何其他特征组合。
图1显示了本发明的第一方面，其是本发明的优选实施方式，涉及一种自动孢子捕捉器，该自动孢子捕捉器包含相关植物的受污染的叶子的储存器1，该受污染的叶子是在前一年、优选前一季节收集的，并在该季节期间保留在需要用捕捉器保护的植物或种植园附近。
优选的叶子数量应至少为一百片，每片或大部分叶子都带有病害痕迹(特征标记、颜色变化、白色网状覆盖层等)。叶子应放置在两个小型网格之间，以防止昆虫进入。
捕捉器还包含电子装置3，其放置在如图1和图2所示的叶子上或如图3所示就放置在叶子的旁边。该装置包括入口或抽吸管2、由两个测量阶段(光散射和荧光)组成的光学室、高纯度过滤器10和气泵11。在气泵的作用下，入口或抽吸管抽吸叶子储存器附近或直接在叶子顶部的空气。这种管或入口和输入气流的几何形状使得其提供了大量孢子可以通过而不会堆积或返回的路径。所需的效率，即通过量与总量的比率，将根据要测量的病原体真菌孢子、投射的子囊孢子或/和分生孢子的典型数量以及检测室的信噪比来限定。
检测室是光学装置，该光学装置使由入口或管抽吸的空气通过，采用了一个或多个激光器或/和闪光灯、LED、激光二极管或其他光源6和9，以及一个或多个光学检测器，例如光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管或其他光学检测器7和8，以引起和检测光散射强度、角度图案、时间分辨信号中的至少一种或这些的任何组合、或/和荧光强度、光谱、衰减中的至少一种或这些的任何组合。
通过***的每个单独的粒子都暴露于引起光散射的(一个或多个)光源和引起荧光的(一个或多个)光源。然后获取光散射图样和荧光光谱，并将其组合成一组参数，例如光散射图样、荧光光谱、荧光衰减曲线等。然后使用这些参数形成每个粒子的区别性特征。所讨论的病原体的识别是通过应用经过特殊调整的机器学习算法来完成的，经过特殊调整的机器学习算法例如为人工神经网络、梯度增强决策树、随机森林等，其将来自已知的(一种或多种)病原体的典型信号与当前检测到的粒子进行比较。要了解已知的病原体，必须对装置进行校准：将其暴露于具有低本底的其他粒子的给定病原体。机器学习算法典型地属于分类器类型，这意味着它们将标签赋予未知的原始数据，并根据这些校准的区别性特征进行训练。
有利地，该装置还包括警报***，该警报***适于在检测到孢子时向用户发送已检测到孢子的信号。
如上所述，受污染的叶子优选是过去从相关植物上落下的叶子，优选地是从前一季节从相关植物上落下的叶子，因此它们将具有与在相同气象条件的场地中的叶子相同的真菌并释放相同的孢子。因此，当使用该装置时，优选地在相关场地中或在相关场地附近以经历相同的气象条件，并且当该装置利用上文描述的检测室检测到受污染的叶子或更具体地受污染的叶子上的真菌在该装置内形成并释放孢子时，其将警告用户已在装置中检测到孢子并且因此在相关场地中正发生同样的情况。
结果的报告几乎是即时完成的。结果符合标准统计值(例如假阳性率、假阴性率、精确率和召回率)。结果会持续被传输到远程用户界面，例如在线仪表板或移动应用程序。警报级别根据病原体的类型和导致污染的典型浓度来限定。
本发明还涉及一种向用户提供孢子在相关场地中正在释放的信息的方法，该方法包括将上述装置放置在相关场地中或在相关场地附近，使该装置经历与该场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
本发明还涉及上述装置的用途，该用途包括将该装置放置在相关场地中或在相关场地附近，使该装置经历与该场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
虽然已经结合多个实施方式描述了实施方式，但明显的，对于适用领域的普通技术人员来说，许多替代方案、修改和变化将是显而易见的或者是显而易见的。因此，本公开内容旨在涵盖在本公开内容的范围内的所有这些替代方案、修改、等同物和变化。这例如特别是关于可以使用的不同设备、不同类型的树/植物/场地/真菌孢子/细菌孢子等的情况。

Claims (13)

1.一种孢子捕捉装置，所述孢子捕捉装置包括适于接收受污染的叶子的储存器、和电子检测装置，其中所述电子检测装置包括抽吸管、光学室、高纯度过滤器和气泵，其特征在于，所述抽吸管适于吸入所述受污染的叶子附近的空气并将所述空气发送到所述光学室，其中，所述光学室包括一个或多个光源和一个或多个光学检测器，所述一个或多个光学检测器适于检测由孢子引起的荧光强度、光谱、衰减中的至少一种或这些的任何组合以及光散射强度、角度图案、时间分辨信号中的至少一种或这些的任何组合。
2.根据权利要求1所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述装置还包括警报***，所述警报***适于在检测到孢子时向用户发送已检测到孢子的信号。
3.根据权利要求1或2所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述抽吸管的几何形状使得所述抽吸管提供了大量孢子能够通过而不会堆积或返回的路径，这取决于要测量的病原体孢子、投射的子囊孢子的典型数量以及检测室的信噪比。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述一个或多个光源包括一个或多个激光器、闪光灯、LED和/或激光二极管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述一个或多个光学检测器包括例如光电倍增管、光电二极管和/或雪崩光电二极管的一个或多个光学检测器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述叶子被彼此相邻地平放，覆盖1×1m或更大的表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，所述叶子被放置在小型金属网格之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，多角度光散射检测器覆盖至少4个散射角。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，多角度光散射检测器及时获取散射踪迹，使得每个粒子的通过在时间上被记录和分辨。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，电子设备的采集速度至少为每秒每个通道1百万个样本。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的孢子捕捉装置，其特征在于，光谱分辨光传感器覆盖至少4个波长范围(荧光带)。
12.一种向用户提供孢子在相关场地中正在释放的信息的方法，所述方法包括将根据权利要求1至11中任一项所述的装置放置在所述相关场地中或在所述相关场地附近，以使所述装置经历与所述场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
13.一种根据权利要求1至11中任一项所述的装置的用途，所述用途包括将所述装置放置在相关场地中或在相关场地附近，以使所述装置经历与所述场地相同的气象条件，实时运行对孢子的检测，并且在检测到相关孢子时，向用户发送表明这一情况的警告或信息信号。
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