一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統及方法
2023-10-10 20:59:22 2
1.本發明涉及農業養殖技術優化領域，具體是涉及一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統及方法。
背景技術：
2.雞胚在發育過程中的心率及對孵化環境的響應度一直是家禽生產業的重點關注內容。其中，孵化環境中的光環境在禽類育成期間的應用已經得到了廣泛應用，然而光環境在禽類孵化期的應用還未有成熟的技術體系。
3.心率是鑑定雞胚活力健康度及對環境響應度的重要指標，現有的針對發育過程中雞胚的檢測系統與方法僅能檢測種蛋內雞胚是否已經發育，例如：申請號為us11218013的專利申請公開了一種使用心率和胚胎運動識別和診斷活雞蛋的方法和裝置，該專利公開的技術方案僅能夠用於識別與診斷種蛋內雞胚是否已經完成發育，但無法對雞胚的孵化環境的響應能力進行檢測。此外，在雞胚的發育過程中，不同品種種蛋內雞胚在發育過程中對不同光環境參數敏感響應度不同，因此需要一種檢測系統及方法對發育過程中雞胚的活力健康度進行檢測，並可對雞胚敏感的光環境參數進行篩選。
技術實現要素：
4.發明目的：針對以上技術問題，本發明提供一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統，能夠快速檢測獲取種蛋內雞胚在孵化期間處於不同光環境下的心率值。本發明還提供一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測方法，能夠獲取雞胚在孵化期間處於不同光環境下的心率值，分析並確定雞胚在孵化期間對不同光環境的響應度，從而為光環境孵化條件優化技術提供相應光環境參數依據。
5.技術方案：為解決上述問題，本發明公開一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統，具體包括：箱體、光源、種蛋測試固定架、溫控裝置、光源控制器、紅外發射裝置、紅外接收裝置、計算模塊；
6.所述種蛋測試固定架固定於箱體內部，用於承載待檢測的種蛋；
7.所述溫控裝置安裝於箱體內部，用於控制箱體內的溫度並使得箱體內的溫度保持恆溫；
8.所述光源固定於箱體內部，用於為種蛋提供光源；
9.所述光源控制器安裝於箱體上，用於調整光源發射不同強度、不同波長的光源；
10.所述紅外發射裝置、紅外接收裝置均安裝於箱體內並與計算模塊連接；紅外發射裝置用於向種蛋內部的雞胚發射紅外光；紅外接收裝置用於接收雞胚反射的紅外光並將紅外光轉化為電信號傳輸至計算模塊；
11.所述計算模塊用於分別接收種蛋處於不同強度、不同波長的光源下以及無光源條件下紅外接收裝置傳輸的電信號並進行數據處理，識別並獲取處於不同強度、不同波長的光源下以及無光源條件下種蛋內雞胚的心率值。
12.進一步的，所述待檢測的種蛋選用處於不同孵化周期、具有不同蛋殼顏色的種蛋；根據蛋殼顏色的深淺具體劃分為淺色度種蛋、中色度種蛋以及深色度種蛋。通過設置不同蛋殼顏色、不同孵化周期的待檢測種蛋，完成不同品種種蛋內雞胚在孵化期間對不同光環境參數響應度的檢測。
13.進一步的，還包括臺狀橡皮圈；所述臺狀橡皮圈位於種蛋正下方，用於抵託種蛋的底部；紅外發射裝置粘貼於臺狀橡皮圈上且與種蛋相接觸，紅外發射裝置具有若干發射管且均勻的分布於種蛋外周；紅外接收裝置安裝於種蛋測試固定架的正下方。紅外接收裝置接收到的光信號會隨著雞胚心率的變化而變化，通過設置三個發射管並通過臺狀橡皮圈緊貼種蛋，將紅外接收裝置設置於種蛋測試固定架正下方，從而更準確地得到信號地變化便於後續心率識別。
14.進一步的，所述光源固定於箱體內壁的頂部且位於種蛋正上方；光源選用led射燈，led射燈發射的光源集中於種蛋蛋殼上。
15.進一步的，計算模塊對接收的信號進行數據處理具體包括對於接收的信號進行濾波處理、信號放大處理。為了準確的獲取雞胚在特定時間內的心跳速率，對獲取的信號進行濾波放大處理。
16.進一步的，箱體內還安裝有溫度傳感器；溫度傳感器與計算模塊連接，用於實時獲取箱體內的溫度傳輸至計算模塊並在顯示屏顯示。便於實時監控箱體內的溫度，保證所有待檢測種蛋處於相同適合孵化的溫度。
17.進一步的，箱體內還設有海綿墊，臺狀橡皮圈放置於海綿墊上；紅外發射裝置發射的紅外光、紅外接收裝置接收的反射光均能穿過海綿墊傳輸，海綿墊起保護作用。
18.進一步的，箱體選用lldpe材料，且箱體外表設有遮光布。lldpe材料作為良好的保溫材料，有助於箱體保溫。通過遮光布進一步的防止外部光環境的影響。
19.此外，本發明公開一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測方法，包括以下步驟：
20.(1)調整溫控裝置使得箱體內的溫度始終保持在種蛋適宜孵化溫度；
21.(2)在種蛋測試固定架上放置待檢測的種蛋並靜置5分鐘；
22.(3)當種蛋處於無光源照射時，控制紅外發射裝置發射紅外光，紅外接收裝置接收待檢測種蛋反射的紅外光並將紅外光轉換為電信號，將電信號傳輸至計算模塊，通過計算模塊獲取雞胚的心率值；
23.(4)打開光源並通過調整光源控制器使得光源發射不同強度、不同波長的光源，保證種蛋在一定時間段內分別處於不同強度、不同波長的光源照射下；
24.(5)當種蛋分別處於不同強度或不同波長的光源照射時，控制紅外發射裝置發射紅外光，紅外接收裝置接收待檢測種蛋反射的紅外光並將紅外光轉換為電信號，將電信號傳輸至計算模塊；通過計算模塊分別獲取處於不同強度、不同波長的光源下雞胚的心率值；
25.(6)選擇與當前待檢測種蛋處於不同孵化周期的種蛋並予以更換，作為新的待檢測種蛋，重複步驟(3)至步驟(5)；
26.(7)針對同一孵化周期的種蛋處於無光源條件下雞胚的心率值、處於不同強度的光源條件下的雞胚的心率值、處於不同波長的光源條件下的雞胚的心率值進行對比分析，分別確定處於同一孵化周期的種蛋內雞胚對不同光環境參數的心率響應。
27.進一步的，還包括：
28.(8)選擇與當前待檢測種蛋處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同的種蛋並予以更換，作為新的待檢測種蛋，重複步驟(3)至步驟(5)；
29.(9)針對處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同的種蛋處於特定強度的光源條件下的雞胚的心率值、處於特定波長的光源條件下的雞胚的心率值進行對比分析；確定處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同種蛋內雞胚對特定光環境參數的心率響應差異。
30.有益效果：本發明提供一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統相對於現有技術，其顯著優點是：1、通過設置紅外發射裝置與接收裝置，結合計算模塊識別獲得雞胚的心率；並調節箱體頂部光源的強度和波長改變雞胚所處光環境參數，多次檢測得到種蛋內雞胚處於不同光環境參數下的心率值，從而確定雞胚對不同光環境參數的心率響應；2、通過設置若干不同孵化周期、不同蛋殼顏色的待測試的種蛋，進一步確定處於特定孵化周期的雞胚對不同光環境參數的心率響應以及不同蛋殼顏色下雞胚對不同光環境參數的心率響應的差異。本發明提供一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測方法相對於現有技術，其顯著優點與系統優點相同，能夠獲取雞胚的心率值以及雞胚對不同光環境參數的心率響應，為雞胚孵化光環境參數提供依據，提高孵化效果，降低光環境孵化作業成本。
附圖說明
31.圖1所示為本發明所述系統的結構示意圖；
32.圖2所示為本發明所述系統中計算模塊進行數據處理的流程圖；
33.圖3所示為本發明所述系統中紅外傳感器裝置的電路圖；
34.圖4所示為本發明所述方法的流程圖。
具體實施方式
35.下面結合附圖對本發明的技術方案進一步說明。
36.如圖1所示，本發明提供的一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測系統，具體包括：計算模塊1、箱體5、溫度傳感器6、種蛋測試固定架7、海綿墊8、紅外接收裝置9、光源控制器10、電源11、光源固定架12、光源13、種蛋14、紅外發射裝置15、臺狀橡皮圈16、溫控裝置17。計算模塊1包括導線2、單片機3、顯示屏4，顯示屏4通過usb轉串口與單片機3相互連接，實現供電。
37.箱體5包括箱蓋18，箱體5的材質選用lldpe；種蛋測試固定架7安裝於箱體5的內部，用於承載待檢測的種蛋14；所述待檢測的種蛋14選用處於不同孵化周期、具有不同蛋殼顏色的種蛋。本實施例中選用溫氏梅花5號種蛋，該種蛋為粉色系種蛋，採用色差計對種蛋的蛋殼表面色度進行色度測定，並將其分為三個色度區間，具體為：淺色度種蛋色差區間為19.25-30.39，中色度種蛋色差區間為30.47-34.94，深色度種蛋色差區間為34.99-44.09。當種蛋內雞胚處於不同孵化周期內對應穩定的心率值範圍有所不同。具體的，種蛋的孵化周期為21日，1-7日為雞胚發育早期，8-14齡為雞胚發育中期，15-21齡為雞胚發育後期。本實施例選用9日齡雞胚、15日齡雞胚。
38.溫控裝置17安裝於箱體5內並位於箱體5的底部，溫控裝置17通過導線與顯示屏4連接，具體採用pet加熱膜搭配反射膜。溫控裝置17用於控制箱體5內的溫度並使得箱體5內
的溫度保持恆溫；溫度傳感器6安裝於箱體5內，並通過導線與單片機3連接，溫度傳感器6用於實時監控箱體5內的溫度並反饋至顯示屏4。本實施例中單片機3選用stc89c52rc型號。本實施例中選用的溫氏梅花5號的種蛋適宜孵化溫度為37.8℃，高於或低於此溫度都會導致雞胚心跳的驟然下降或升高。因此，本實施例中需保證箱體5內環境溫度恆定為37.8℃。
39.光源13通過光源固定架12固定於箱蓋18的底部，並位於種蛋14的正上方；光源13選用led射燈，led射燈發射的光源集中於種蛋14的蛋殼上。光源控制器10安裝於箱體上，用於調整光源13發射不同強度、不同波長的光源；電源11用於提供光源13電能。
40.臺狀橡皮圈3位於種蛋14的下方且放置於海綿上方，用於抵託種蛋14的底部；紅外發射裝置15粘貼於臺狀橡皮圈3內圈並與種蛋14相接觸；紅外發射裝置15具有三個發射管且均勻的分布於種蛋14的外周；紅外接收裝置9安裝於種蛋測試固定架7的正下方。
41.紅外發射裝置15、紅外接收裝置9均安裝於箱體內並與計算模塊1連接；紅外發射裝置15用於向種蛋14內部的雞胚發射紅外光；紅外接收裝置9用於接收雞胚反射的紅外光並將其轉化為電信號並傳輸至計算模塊1。其中，紅外發射裝置15發射的紅外光、紅外接收裝置9接收的反射光均能穿過臺狀橡皮圈16與海綿墊8傳輸。
42.具體的，本實施例中紅外發射裝置15與紅外接收裝置9分別對應選用st188光電傳感器的發射管與接收管。st188光電傳感器的工作電路如圖3所示，當接收管接收到反射回來的紅外線，紅外接收頭導通，e管腳輸出高電平，接近vcc；如果沒有接收到反射回來的紅外線，紅外接收頭不導通，e管腳輸出低電平，接近gnd。st188光電傳感器接收管的狀態可用單片機掃描e管腳來確定。
43.計算模塊1用於分別接收種蛋14處於不同強度、不同波長的光源下以及無光源條件下紅外接收裝置傳輸的電信號並進行數據處理；最終識別並獲取處於不同強度、不同波長的光源下以及無光源條件下對應的種蛋14內雞胚的心率值。如圖2所示，計算模塊1對接收的信號進行數據處理具體包括對於接收的信號進行rc濾波、信號放大、整形等處理。
44.如圖4所示，本發明公開一種雞胚心率及對光環境響應度的快速檢測方法，包括以下步驟：
45.步驟一、通過溫度傳感器實時監控的當前箱體內的溫度，調整溫控裝置使得箱體內的溫度始終保持在種蛋適宜孵化溫度，即37.8℃。
46.步驟二、在種蛋測試固定架上放置待檢測的種蛋並靜置5分鐘，並在箱體外表面設有遮光布；本實施例中待檢測的種蛋選用溫氏梅花5號種蛋。
47.步驟三、當前種蛋處於無光源照射時，控制紅外發射裝置發射紅外光，紅外接收裝置接收待檢測種蛋反射的紅外光並將紅外光轉換為電信號，將電信號傳輸至計算模塊，通過計算模塊獲取雞胚的心率值。
48.由於本實施例選用的種蛋一般於8日齡後能夠獲得穩定心率數值，且8日齡後健康雞胚的心率範圍處於在200-300/分鐘左右。若檢測到恆定適應的溫度環境下雞胚的心跳數值若低於200，則此種蛋內發育的雞胚為弱雛，若檢測到心率數值接近與0，則種蛋為無精蛋或死胚蛋。
49.步驟四、選取雞胚心率處於正常範圍值內的種蛋；打開光源並通過調整光源控制器使得光源發射不同強度、不同波長的光源，保證種蛋在一定時間段內分別處於不同強度、不同波長的光源照射下。
50.本實施例中不同光照強度具體包括：300lx、150lx、50lx，不同波長的光源具體包括：單色紅光、單色綠光、單色藍光。所述的一定時間一般為3分鐘，即種蛋處於特定強度、特定波長的光源照射下3分鐘後再進行後續讀取心率值操作。
51.步驟五、當種蛋分別處於不同強度或不同波長的光源照射時，控制紅外發射裝置發射紅外光，紅外接收裝置接收待檢測種蛋反射的紅外光並將紅外光轉換為電信號，將電信號傳輸至計算模塊；通過計算模塊分別獲取處於不同強度、不同波長的光源下雞胚的心率值；
52.步驟六、選擇與當前待檢測種蛋處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同的種蛋並予以更換，作為新的待檢測種蛋，重複步驟三至步驟五；
53.步驟七、選擇與當前待檢測種蛋處於不同孵化周期的種蛋並予以更換，作為新的待檢測種蛋，重複步驟三至步驟六；
54.步驟八、針對處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同的種蛋處於特定強度的光源條件下的雞胚的心率值、處於特定波長的光源條件下的雞胚的心率值進行對比分析；確定處於同一孵化周期且蛋殼顏色不同種蛋內雞胚對特定光環境參數的心率響應差異。針對同一孵化周期的種蛋處於無光源條件下雞胚的心率值、處於不同強度的光源條件下的雞胚的心率值、處於不同波長的光源條件下的雞胚的心率值進行對比分析，分別確定處於同一孵化周期的種蛋內雞胚對不同光環境參數的心率響應。
55.採用本發明所述方法進行種蛋響應度測試的結果如下表1至表6所示。其中，表1為9日齡雞胚對不同單色綠光強度心率響應度測試結果。
56.表1
[0057][0058]
根據表1可知種蛋孵化9日時對不同單色綠光強度心率響應度。具體的，在300lx和150lx強度下，淺、中、深3種色度種蛋內的雞胚心率值在光環境變化後(測試前為無光照狀態，測試後為種蛋處於特定強度的單色綠光照射狀態)均顯著性的升高(p＜0.05)，且3種色度種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)；在50lx強度下，種蛋的心率響應值略低於300lx和150lx，3種色度種蛋的心率值也均顯著性的升高(p＜0.05)，但3種色度種蛋的心率變化值組間差異顯著(p＜0.05)，其中淺色度與中色度種蛋之間無顯著性差異(p＞0.05)，但兩組種蛋的心率值均顯著高於深色種蛋。
[0059]
由此可知，針對9日齡的雞胚在強度為50lx及以上的單色綠光環境均有顯著性的響應。但在50lx強度下，深色度種蛋的雞胚心率響應度會略微降低，這與蛋殼表面色度的深度可降低光透過率相關。若在此生長期內採用單色綠光環境刺激雞胚，50lx光照強度即可保證雞胚的響應度。
[0060]
表2所示為9日齡雞胚對不同單色紅光強度心率響應度測試結果。
[0061]
表2
[0062][0063]
根據表2可知，種蛋孵化9日時對不同單色紅光強度心率響應度。具體的，在300lx、150lx和50lx強度下，淺、中、深3種色度的種蛋內雞胚的心率值在光環境變化後(測試前為無光照狀態，測試後為種蛋處於特定強度的單色紅光照射狀態)均產生了顯著性的升高(p＜0.05)，且3種色度種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)；在50lx和150lx的光環境下，淺色度種蛋的心率變化值在數值上略高於中和深色度種蛋，但並無顯著性差異(p＞0.05)。
[0064]
由此可知，9日齡的雞胚對50lx及以上的單色紅光環境也均有顯著性的響應(p＜0.05)。若在此生長期內採用單色紅光環境刺激雞胚，50lx光照強度即可保證雞胚的響應度。
[0065]
表3所示為9日齡雞胚對不同單色藍光強度心率響應度測試結果。
[0066]
表3
[0067][0068]
根據表3可知，種蛋孵化9日時對不同單色藍光強度心率響應度。具體的，在300lx強度下，淺、中、深三種色度的種蛋在光環境變化後(測試前為無光照狀態，測試後為種蛋處於特定強度的單色藍光照射狀態)均發生的顯著性的升高(p＜0.01)，且3種色度種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)。在150lx時，僅淺和中2種色度種蛋內雞胚的心率值有顯著性的響應升高(p＜0.05)。在50lx強度下，淺、中、深3種色度種蛋內雞胚的心率值在光環境變化前後均未發生顯著性的變化(p＞0.05)，且3種色度的種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)。
[0069]
由此可知，9日齡的雞胚對300lx及以上的單色藍光環境有顯著的響應。若在此生長期內採用單色藍光環境刺激雞胚，需採用300lx光照強度才可保證雞胚的響應度。
[0070]
表4所示為15日齡雞胚對不同單色綠光強度心率響應度測試結果。
[0071]
表4
[0072][0073][0074]
根據表4可知，種蛋孵化15日時對不同單色綠光強度心率響應度。具體的，在300lx和150lx強度下，淺、中、深3種色度種蛋內的雞胚心率值在光環境變化後(測試前表示無光照狀態下，測試後表示處於特定強度的單色藍光照射狀態下)均產生顯著性升高(p＜
0.05)，且3種色度的種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)。
[0075]
由此可知，15日齡的雞胚對150lx及以上的單色綠光環境有顯著響應(p＜0.05)。此外，通過表4與表1對比可知，由於9日齡時雞胚的眼瞼未覆蓋眼球，且雞胚體型較小，光可通過蛋清、蛋白等物質進行散射至雞胚，因此50lx光照強度下雞胚心率值有響應。然而15日齡時，雞胚發育迅速，體積已經佔了約種蛋得2/3，且眼瞼覆蓋雞胚眼球，因此50lx無法使得雞胚心率值產生顯著性響應。
[0076]
表5所示為15日齡雞胚對不同單色紅光強度心率響應度測試結果。
[0077]
表5
[0078][0079]
根據表5可知，種蛋孵化15日時對不同單色紅光強度心率響應度。具體的，在300lx、150lx和50lx強度下，淺、中、深3種色度種蛋內雞胚的心率值在光環境變化後(測試前表示無光照狀態下，測試後表示處於特定強度的單色紅光照射狀態下)均發生的顯著性的升高(p＜0.05)，且3種色度的種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)，但淺色度種蛋內雞胚的心率變化值均在數值上略高於中色度和深色度種蛋。
[0080]
由此可知，15日齡的雞胚對50lx及以上的單色紅光環境也均有顯著性的響應(p＜0.05)。若在此生長期內採用單色紅光環境刺激雞胚，需採用50lx以上才即可保證雞胚的響應度。
[0081]
表6所示為15日齡雞胚對不同單色藍光強度心率響應度測試結果。
[0082]
表6
[0083][0084]
根據表6可知，種蛋孵化15日時對不同單色藍光強度心率響應度。具體的，在300lx強度下，淺、中、深三種色度種蛋在光環境變化後(測試前表示無光照狀態下，測試後表示處於特定強度的單色藍光照射狀態下)均產生顯著性升高(p＜0.05)，且3種色度種蛋的心率變化值無顯著性的差異(p＞0.05)；在150lx強度下，淺和中2種色度種蛋內雞胚的心率值在光環境變化後發生了顯著性的升高(p＜0.05)，但深色度種蛋內雞胚的心率值在光環境變化後無顯著性的差異變化(p＞0.05)。在50lx強度下，淺、中、深3種色度種蛋內雞胚的心率值在光環境變化後均未發生顯著性的變化(p＞0.05)。
[0085]
由此可知，15日齡的雞胚對300lx及以上的單色藍光環境有顯著的響應(p＜0.05)。150lx時，僅淺和中2種色度種蛋內雞胚的心率值有顯著性響應升高(p＜0.05)。若在此生長期內採用單色藍光環境刺激雞胚，需採用300lx才可保證雞胚的響應度。
[0086]
根據表1至表6分析可知，單色綠光環境下，在雞胚發育的中前期(8-14日齡)僅需50lx即可產生顯著性的響應，在雞胚發育的後期(15-21日齡)需要150lx及以上強度才發生顯著性的響應；單色紅光環境下，雞胚發育的過程中均僅需50lx即可產生顯著性的響應，但在中後期時，雞胚心率的響應變化值在50lx的環境下相對於150lx和300lx略低。且雞胚後期的發育速度較快，隨著雞胚的發育，眼瞼覆蓋眼球且光透過蛋殼達到雞胚光感受器的概率降低，因此後期的發育可能需要更高的光照強度才可產生響應。單色藍光環境下，雞胚發育的中早期(9日齡)需150lx才可產生顯著的響應，雞胚發育的中後期(15日齡)需要300lx可產生顯著性的響應。
[0087]
綜上分析，通過採用本發明所述方法能夠快速的篩選出心率處於正常範圍的種蛋並且確認不同孵化周期、不同蛋殼顏色的種蛋內的雞胚對於光環境的響應度，從而對應的提供光環境，優化孵化條件。