一種利用揮發物快速診斷農作物病害的方法
2023-08-10 23:16:16
專利名稱：一種利用揮發物快速診斷農作物病害的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用揮發物的農作物病害檢測方法。
背景技術：
農作物病害是制約農業生產穩定發展的最重要因素之一。在我國，每年由於病害給農業造成的損失達數十億元人民幣，其中經種苗傳播病害所造成的危害最大。據統計，我國每年發生的病蟲草害達2. 36億公頃，每年因此而損失糧食15%左右、棉花20% 25%、 果品蔬菜25%以上。傳統的農作物病害診斷方法是專業人員病理分析或經驗判斷，可是病理分析速度慢，實時性差，經驗判斷主觀性強，誤差較大。隨著科技的發展，遙感技術、近紅外技術、計算機視覺技術也被用於農作物病害的檢測。這些方法對農作物病害的診斷做出了很大的貢獻，但是它們又各自存在著一些不足利用發病症狀診斷水稻病害比較費時費力，對專家的依賴較強；衛星遙感技術比較適合大面積的農作物病害檢測，對於小面積的管理仍然存在一些困難；而計算機視覺技術，雖然是比較先進的技術之一，但是要達到對農作物病害的實時監控還有一定距離。植物的揮發性有機物信號可以自發產生，也可以是因為多種因素誘導產生的，比如植食性昆蟲的侵害、病原菌的危害、植物受到的機械損傷、光照及溫度改變等環境因素。 這些因素均可誘導植物改變原有的揮發性有機物合成與釋放機制，並釋放出一些特異的揮發性有機物。植物受到侵害後其揮發性有機物會發生改變的特性為快速檢測植物病害提供了新的途徑。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種利用揮發物的農作物病害檢測方法。利用揮發物的農作物病害檢測方法的括步驟如下
1)將番茄種子放入苗缽進行培育，番茄種子發芽後，繼續培養3 6周苗；將番茄苗進行早疫病病菌不同濃度的接種，每株接種葉片數量分別為1、2和4片；將接種後的番茄苗在高溼環境中培養M 48小時，以使病菌快速侵染番茄苗的葉片；將受病害侵染的番茄苗置於採樣裝置中，靜置30 60分鐘；
2)頂空氣體達到平衡後，頂空氣採樣導入傳感器陣列反應室內進行採樣，採樣時間為 60 90s，傳感器陣列與頂空氣體發生反應得到響應信號；傳感器響應信號是傳感器接觸到頂空氣體後的電導率G與傳感器在經過潔淨空氣時的電導率Gtl的比值，即GAitl ；
3)提取第60s電子鼻信號作為原始數據，對原始數據的特徵矩陣進行特徵選擇和特徵值提取；利用主成分分析和線性判別分析對特徵矩陣進行降維，利用第一、第二主成分評價農作物病害情況；
4)以原始數據以及上述處理後的數據作為特徵值，分別利用BP神經網絡和支持向量機識別模式建立傳感器響應信號與農作物病害不同程度間的相關性，進而評價農作物病害情況。所述的待測樣品為感染病害不同濃度的4 6周苗。所述的靜置時間為40 60 分鐘。所述的採樣時間為70 90秒。本發明依據是在植物受到侵害後其揮發性有機物會發生改變的特性，利用金屬氧化物傳感器陣列組成的電子鼻來預測農作物所受的病害情況。本發明由取樣部分、數據採集部分、信號處理三部分組成。所述的取樣部分有帶有針頭的管道連接真空泵的抽氣嘴，無針頭的管道一端連接真空泵的出氣嘴，一端與傳感器陣列室相連。數據採集部分為一測試箱體，箱體內有一個圓形的氣敏傳感器陣列反應室，該圓形反應室頂部分別設有進氣口和出氣口。所述的圓形反應室內表面光滑，沒有氣體死角，裡面均勻布置多個氣體傳感器，形成傳感器陣列，每個傳感器與採集卡的一個通道相連。對要檢測樣品先進行基於傳感器陣列的電子鼻測定，將樣品置於密閉容器內，待頂部空氣達到平衡後採樣泵把容器內的頂空氣體導入傳感器陣列反應室內，傳感器與氣體發生反應得到相應的響應信號，該信號被採集卡轉化成數字輸入到計算機。本發明能夠以廉價的多氣敏傳感器陣列組成高效的檢測農作物病害情況的電子鼻系統。與單個氣體傳感器相比，氣體傳感器陣列擴大了檢測範圍，降低了幹擾，其靈敏度、 可靠性和重複性都有了很大的提高。本發明克服了人為主觀因素的幹擾，提供了一種通過揮發物綜合信息來評價農作物病害的新方法。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
圖1是本發明利用農作物揮發物進行檢測的電子鼻結構示意圖； 圖2是本發明實例中10個傳感器對番茄種子的響應曲線； 圖3是番茄苗感染早疫病病害24h後主成分二維得分圖； 圖4是番茄苗感染早疫病病害24h後線性判別分析二維得分圖； 圖5是番茄苗感染早疫病病害4 後主成分二維得分圖； 圖6是番茄苗感染早疫病病害4 後線性判別分析二維得分圖。
具體實施例方式利用揮發物的農作物病害檢測方法的括步驟如下
1)將番茄種子放入苗缽進行培育，番茄種子發芽後，繼續培養3 6周苗；將番茄苗進行早疫病病菌不同濃度的接種，每株接種葉片數量分別為1、2和4片；將接種後的番茄苗在高溼環境中培養M 48小時，以使病菌快速侵染番茄苗的葉片；將受病害侵染的番茄苗置於採樣裝置中，靜置30 60分鐘；
2)頂空氣體達到平衡後，頂空氣採樣導入傳感器陣列反應室內進行採樣，採樣時間為 60 90s，傳感器陣列與頂空氣體發生反應得到響應信號；傳感器響應信號是傳感器接觸到頂空氣體後的電導率G與傳感器在經過潔淨空氣時的電導率Gtl的比值，即GAitl ；
3)提取第60s電子鼻信號作為原始數據，對原始數據的特徵矩陣進行特徵選擇和特徵值提取；利用主成分分析和線性判別分析對特徵矩陣進行降維，利用第一、第二主成分評價農作物病害情況；
4)以原始數據以及上述處理後的數據作為特徵值，分別利用BP神經網絡和支持向量機識別模式建立傳感器響應信號與農作物病害不同程度間的相關性，進而評價農作物病害情況。所述的待測樣品為感染病害不同濃度的4 6周苗。所述的靜置時間為40 60 分鐘。所述的採樣時間為70 90秒。實施例
本發明主要在於電子鼻數據處理和建模方法。採用一個基於金屬氧化物傳感器陣列的電子鼻，其傳感器陣列由10個傳感器組成(詳見表1)。表1電子鼻的傳感器陣列中各傳感器的性能
權利要求
1.一種利用揮發物的農作物病害檢測方法，其特徵在於它的步驟如下1)將番茄種子放入苗缽進行培育，番茄種子發芽後，繼續培養3 6周苗；將番茄苗進行早疫病病菌不同濃度的接種，每株接種葉片數量分別為1、2和4片；將接種後的番茄苗在高溼環境中培養M 48小時，以使病菌快速侵染番茄苗的葉片；將受病害侵染的番茄苗置於採樣裝置中，靜置30 60分鐘；2)頂空氣體達到平衡後，頂空氣採樣導入傳感器陣列反應室內進行採樣，採樣時間為 60 90秒，傳感器陣列與頂空氣體發生反應得到響應信號；傳感器響應信號是傳感器接觸到頂空氣體後的電導率G與傳感器在經過潔淨空氣時的電導率Gtl的比值，即GAitl ；3)提取第60秒電子鼻信號作為原始數據，對原始數據的特徵矩陣進行特徵選擇和特徵值提取；利用主成分分析和線性判別分析對特徵矩陣進行降維，利用第一、第二主成分評價農作物病害情況；4)以原始數據以及上述處理後的數據作為特徵值，分別利用BP神經網絡和支持向量機識別模式建立傳感器響應信號與農作物病害不同程度間的相關性，進而評價農作物病害情況。
2.根據權利要求1所述的一種利用揮發物的農作物病害檢測方法，其特徵在於所述的待測樣品為感染病害不同濃度的4 6周苗。
3.根據權利要求1所述的一種利用揮發物的農作物病害檢測方法，其特徵在於所述的靜置時間為40 60分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種利用揮發物的農作物病害檢測方法，其特徵在於所述的採樣時間為70 90秒。
全文摘要
本發明公開了一種利用金屬氧化物傳感器陣列來檢測農作物揮發物。它的步驟如下1)將農作物樣品放在採樣裝置中，靜置30—60分鐘，待頂部空氣達到平衡後採樣泵把容器內的頂空氣體導入傳感器陣列反應室內，傳感器與氣體發生反應得到相應的響應信號，該信號被採集卡轉化成數字輸入到計算機；2)對電子鼻原始數據特徵矩陣進行特徵選擇和特徵提取；3)以原始數據以及處理後的數據分別作為傳感器響應信號，採用神經網絡建立傳感器響應信號與樣品病害不同程度之間關係的數學模型。本發明具有操作簡單，其可靠性和重複性都有很大的改善，提高了檢測效率。
文檔編號G01N27/12GK102279213SQ20111020368
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者王俊, 程紹明 申請人:浙江大學