專利名稱：用于探測(cè)植物中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的非侵入性方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容大體上涉及用于植物的昆蟲產(chǎn)生的損害的非侵入性探測(cè)的方法和裝置。背景在美國，棉生產(chǎn)在過去二十年中已經(jīng)經(jīng)歷了深刻的變化。例如，棉鈴象蟲的成功根除以及Bt-轉(zhuǎn)基因棉的推廣已經(jīng)幫助將喬治亞州的棉的英畝數(shù)從1996年的125,000英畝增加至超過1百萬英畝。此外，害蟲治理的進(jìn)步已經(jīng)幫助將化學(xué)殺蟲劑施用從1996年的超過15次/年減少至2007年的小于3次。然而，蟲害的復(fù)雜性也已經(jīng)變化，并且在以前不重要的蟲害，例如椿象，現(xiàn)在威脅到生產(chǎn)能力以及纖維品質(zhì)。椿象對(duì)正在生長(zhǎng)的棉鈴的損害在最近已經(jīng)直接與降低的棉纖維品質(zhì)相關(guān)。椿象通過穿刺棉鈴壁并且食用正在生長(zhǎng)的種子損害正在生長(zhǎng)的棉鈴。除了對(duì)種子(纖維是種子的一部分)的物理損害之外，病原體也可以在食用期間被引入或通過昆蟲誘導(dǎo)的創(chuàng)傷進(jìn)入棉鈴，使單個(gè)的簇或整個(gè)棉鈴腐爛并且沒有收獲。由昆蟲對(duì)棉鈴的損害導(dǎo)致的產(chǎn)量損失已經(jīng)在各種研究中被記錄(Cassidy & Barber (1939) J. Econ. Entomol. 32 :99-104 ；Toscano & Stern (1976) J. Econ. Entomol. 69 53-56 ；Barbour 等人’ (1990) J. Econ. Entomol. 83 842-845 ；Greene 等人，Q001) J. Econ. Entomol. 94 :403-409)。在無選擇食用研究中，椿象減少已經(jīng)積聚了小于550熱單位的棉鈴中的籽棉產(chǎn)量(Greene等人，(2001) J. Econ. Entomol. 94 :403-409 ；Willrich 等人，(2004) J. Econ. Entomol. 97 :1928-1934)。相對(duì)少的研究已經(jīng)研究了食用棉鈴的昆蟲對(duì)纖維品質(zhì)的影響(Toscano & Mern(1976) J. Econ. Entomol. 69 :53-56 ；Barbour 等人，(1990) J. Econ. Entomol. 83 :842-845)。椿象優(yōu)先食用年齡范圍在開花期之后7-27天的棉鈴(Willrich等人，(2004) J. Econ. Entomol. 97 1928-1934)，雖然某些最近的數(shù)據(jù)顯示出在開白花之后僅3_4天的棉鈴最易于受到脫落以及椿象損傷的影響。棉纖維在開花期的約45天內(nèi)生長(zhǎng)為成熟體。作為纖維長(zhǎng)度測(cè)量的纖維伸長(zhǎng)在開花期之后的第一個(gè)3周期間發(fā)生，而由馬克隆尼氣流式纖維細(xì)度測(cè)試儀測(cè)量的纖維凝聚或變厚在棉鈴生長(zhǎng)的第二個(gè)3周期間發(fā)生。許多植食性的椿象，包括南方綠椿象Nezara viridula (稻綠蝽)、綠椿象 Acrosternum hi Iare (綠椿)、以及褐臭蝽Euschitus servus (褐臭蝽)，已經(jīng)成為棉生產(chǎn)的嚴(yán)重的害蟲。這些害蟲提出困難的治理上的挑戰(zhàn)，這是因?yàn)殛P(guān)于基本生態(tài)學(xué)、在田間以及農(nóng)場(chǎng)內(nèi)的分布的有限的信息以及缺乏除了化學(xué)控制之外的治理策略。還有證據(jù)表明，椿象是活躍的飛蟲并且頻繁地在田間的毗鄰的作物之間移動(dòng)。椿象具有超過200種已知的寄主植物(農(nóng)藝植物和非農(nóng)藝植物)。椿象是強(qiáng)健的昆蟲，使用它們的刺吸口器從棉蕾和棉鈴除去植物液并且可以損害甚至相對(duì)成熟的棉鈴。然后被損害的棉鈴在外表面上生長(zhǎng)小的凹陷的黑點(diǎn)。當(dāng)用手打開棉鈴并且檢查皮棉、種子和心皮壁用于食用損傷的跡象時(shí)，可以看到食用的內(nèi)部證據(jù)。作為椿象食用的結(jié)果，種子和皮棉通常變?yōu)楹稚?。木瘤狀的胼胝生長(zhǎng)可以在內(nèi)心皮壁上顯示，標(biāo)志食用創(chuàng)傷以及植物對(duì)損傷的響應(yīng)。侵害現(xiàn)象在單一的田地內(nèi)高度聚集。一種普遍采用的測(cè)定作物田地是 否具有椿象侵?jǐn)_的方法涉及罩布的使用。使用此方法，將樣品植物在白色布上劇烈地?fù)u動(dòng)并且對(duì)逐出的昆蟲計(jì)數(shù)。典型地，少量棉鈴被打開并且進(jìn)行對(duì)變色的皮棉和內(nèi)部損傷的跡象的檢查。 然而，這些方法是耗費(fèi)時(shí)間的，可能導(dǎo)致對(duì)植物的機(jī)械損害，并且罩布方法給出存在的昆蟲的計(jì)數(shù)，而不是對(duì)植物組織的損害的程度的指示。此外，皮棉和種子損害的發(fā)展可能不是外部明顯的，即使昆蟲已經(jīng)穿刺棉鈴。所以，種植者可能不正確地得出作物沒有昆蟲損害的結(jié)論，允許害蟲不被處理。概述已經(jīng)顯示出，穿刺/吸吮式昆蟲誘導(dǎo)植物損害，該植物損害導(dǎo)致當(dāng)被損害的組織在紫外光或紫光暴露下被察看時(shí)的藍(lán)-綠熒光(fluorescence)。在棉中，在內(nèi)心皮壁和皮棉區(qū)域上的這種熒光的強(qiáng)度足以被肉眼探測(cè)。本公開內(nèi)容提供用于非侵入地探測(cè)和測(cè)量與昆蟲有關(guān)的熒光并且將所產(chǎn)生的熒光與作物中的昆蟲損害的可能性相聯(lián)系的方法和裝置。 特別地，該方法涉及棉植物中的椿象損害，但是也適合于對(duì)任何植物的與昆蟲有關(guān)的損害的探測(cè)。因此，本公開內(nèi)容的一個(gè)方面包括探測(cè)目標(biāo)植物組織中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的方法，包括(a)將目標(biāo)植物或其片段暴露于紫外光或紫光；并且(b)探測(cè)來自目標(biāo)植物或其片段的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，其中熒光的可探測(cè)的水平指示對(duì)目標(biāo)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。在本公開內(nèi)容的多個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括(i)探測(cè)來自目標(biāo)植物或其片段的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光；(ii)測(cè)量第一熒光和第二熒光的強(qiáng)度水平；并且 (iii)測(cè)定第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平與第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平的比率；由此所述比率指示對(duì)植物或其片段的昆蟲損害的水平。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，目標(biāo)植物可以選自由以下組成的組豆科作物、草類作物和子實(shí)體作物。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，目標(biāo)植物可以選自由以下組成的組大豆、 豇豆、玉米、高粱、稻米、小麥、苜蓿、山核桃、澳洲胡桃、蘋果、梨、棉和番茄，或其雜交物或變種。在本公開內(nèi)容的本方面的某些實(shí)施方案中，目標(biāo)植物選自由以下組成的組棉植物、向日葵植物和大豆植物。本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面包括被配置以用于識(shí)別植物或其片段中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的裝置，包括紫外光或紫光的源，其中紫外光或紫光的源的波長(zhǎng)被選擇以誘導(dǎo)與植物組織的昆蟲誘導(dǎo)的損害相關(guān)聯(lián)的熒光；至少一個(gè)光探測(cè)器，其被配置為提供響應(yīng)于具有約 405nm至約675nm的峰值波長(zhǎng)的熒光光線(fluorescent light)的輸出電信號(hào)；電子系統(tǒng)，其用于將探測(cè)器的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為被探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量；以及輸出系統(tǒng)，其用于將被探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量轉(zhuǎn)換為用于指示目標(biāo)植物或其片段具有昆蟲誘導(dǎo)的損害的指示物。在本公開內(nèi)容的本方面的設(shè)備的實(shí)施方案中，設(shè)備可以還包括包封物，包封物被配置為容納植物或其片段，并且還被配置為減少植物或其片段周圍的環(huán)境光。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，紫外光或紫光的源和至少一個(gè)光探測(cè)器被布置為線性陣列，并且其中設(shè)備被配置為允許線性陣列圍繞目標(biāo)植物或其片段的軸線旋轉(zhuǎn)。在本公開內(nèi)容的本方面的一個(gè)實(shí)施方案中，紫外光或紫光的源被配置為提供具有約365nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約405nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及可能具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且目標(biāo)植物是棉植物或其片段。在本公開內(nèi)容的本方面的另一個(gè)實(shí)施方案中，紫外光或紫光的源被配置為提供具有約405nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及具有約515nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且目標(biāo)植物是向日葵植物或其片段。附圖簡(jiǎn)述當(dāng)與附圖結(jié)合地察看在下文描述的本公開內(nèi)容的多個(gè)實(shí)施方案的詳細(xì)描述時(shí)，本公開內(nèi)容的進(jìn)一步的方面將更容易理解。

圖1示出了在長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)紫外激發(fā)下暴露的棉鈴的內(nèi)心皮壁和皮棉區(qū)域的數(shù)碼相機(jī)圖像。左圖像心皮壁顯示出在任何椿象已經(jīng)穿刺心皮壁之處的藍(lán)-綠熒光的圓形區(qū)域。與心皮壁中的最嚴(yán)重的損害(左圖像)相對(duì)的皮棉也展示明亮的熒光。右圖像包括不顯示出特征藍(lán)-綠熒光的未被損害的心皮壁部分。圖2圖示了一部分棉內(nèi)心皮壁在存在(樣品1)和不存在(樣品2、椿象損害時(shí)的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。在紫外激發(fā)下，心皮壁組織發(fā)射在約405nm(以圓標(biāo)記的A)的紫光。 在椿象損害的存在下，可以觀察到在約462nm的強(qiáng)度更高的峰(以圓標(biāo)記的B)。該發(fā)射峰指示昆蟲損害。圖3示出了完整的棉鈴(頂部)和被損害的棉鈴(底部)的內(nèi)心皮壁的數(shù)字落射熒光顯微鏡圖像。紅色的葉綠素發(fā)射是完整的棉鈴的絕大部分，而被損害的棉鈴主要展示如圖1中所示的藍(lán)-綠熒光。圖4示出了完整的棉鈴(頂部)和被損害的棉鈴(底部)的外心皮壁的數(shù)字落射熒光顯微照相圖像。紅色的葉綠素發(fā)射是完整的棉鈴的絕大部分，盡管存在減少的葉綠素發(fā)射的小斑點(diǎn)。被損害的棉鈴(可以清楚地看到昆蟲刺穿部位)顯示出在特征藍(lán)-綠組分的存在下的降低的紅色的葉綠素發(fā)射。圖5示出了未被損害的、完整的棉植物組織的熒光指紋圖譜(矩陣掃描)。綠色的植物組織主要顯示具有410nm激發(fā)和675nm發(fā)射的葉綠素?zé)晒?。圖6示出了昆蟲損害的、完整的棉植物組織的熒光指紋圖譜(矩陣掃描)。圖5中示出的葉綠素自體熒光峰仍然存在，但是具有約360nm的激發(fā)波長(zhǎng)和約455nm的峰發(fā)射的更強(qiáng)的熒光現(xiàn)在是明顯的。該波長(zhǎng)組合與圖2—致。
圖7圖示了用于探測(cè)諸如完整的棉鈴的作物植物的昆蟲誘導(dǎo)的損害的裝置的實(shí)施方案。在光衰減包封物5內(nèi)是一系列可以使用激發(fā)光輻照植物或其片段的紫外發(fā)射LED 1?；贑CD或CMOS的成像系統(tǒng)2探測(cè)植物表面的發(fā)射熒光并且指示昆蟲損害是否存在。圖8圖示了用于探測(cè)諸如完整的棉鈴的作物植物的昆蟲誘導(dǎo)的損害的裝置的實(shí)施方案。在本實(shí)施方案中，激發(fā)光和發(fā)射光可以由柔性光纖傳導(dǎo)。光纖可以由手持式棒來操縱， 并且操作者將棒在棉鈴的表面上移動(dòng)。熒光發(fā)射可以通過光電倍增管(2)來探測(cè)，通過基于微處理器的系統(tǒng)(4)來分析，并且作為昆蟲誘導(dǎo)的植物損害的指示呈現(xiàn)給操作者。圖9A-9D示出了椿象損害的棉鈴的數(shù)字落射熒光圖像。圖9A 完整的棉鈴的圖像； 圖9B 打開的棉鈴的圖像；圖9C 變色的皮棉的圖像(左皮棉；右破裂的棉鈴)；以及圖 9D 不太嚴(yán)重的棉鈴變色圖像圖10示出了損傷材料的矩陣光譜掃描。圖11示出了左未被損害的向日葵種子；以及右被損害的向日葵種子的落射熒光圖像。圖12圖示了普通向日葵種子的矩陣掃描。圖13圖示了被椿象損害的向日葵種子的矩陣掃描。圖14A是示出了被損害的大豆的落射熒光圖像的數(shù)字圖像。圖14B是示出了未被損害的大豆的落射熒光圖像的數(shù)字圖像。圖15A和15B是未被損害的棉鈴(圖15A)和具有椿象損害的棉鈴(圖15B)的在 390nm紫外激發(fā)下拍照的數(shù)字圖像。食用點(diǎn)在圖15B中由箭頭表示示出。圖16A和16B是示出了圖像處理的效果的數(shù)字圖像。圖像與圖15A和15B中相同。圖像通過使用紅色通道來分割和標(biāo)準(zhǔn)化，并且所得到的藍(lán)-紅比率值(ratiometric value)是假彩色的(false-colored)。椿象食用部位作為亮點(diǎn)可以被看到(圖16B)，其在圖16A中不存在。圖17是非便攜式棉鈴成像設(shè)備的數(shù)字圖像。棉鈴樣品(A)被放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)允許從不同的角度獲取圖像。近紫外發(fā)光二極管陣列(B)提供激發(fā)光并且使用誘導(dǎo)熒光的UV光照射樣品。發(fā)射濾波器(C)消除在發(fā)射路徑中的UV激發(fā)光，但是允許藍(lán)色熒光發(fā)射通過。熒光圖像使用SLR照相機(jī)(D)被獲得。圖18示出了未被損害的棉鈴㈧和被識(shí)別為具有已發(fā)展的木瘤和皮棉變色的被損害的棉鈴(C)的熒光圖像的比較的一系列數(shù)字圖像。相應(yīng)的比率圖像示出了與被損害的情況(D)相比，在未被損害的情況(B)中的更少的藍(lán)光發(fā)射。圖19A和19B示出了從圖18中的比率圖像獲得的強(qiáng)度直方圖。圖19A中的直方圖對(duì)應(yīng)于未被損害的棉鈴(圖18，B)，而圖19B中的直方圖對(duì)應(yīng)于被損害的棉鈴(圖18，D)。 在被損害的情況中可以看到朝向更高的強(qiáng)度值的強(qiáng)的遷移。本公開內(nèi)容的方法和系統(tǒng)的某些示例性的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在下文的描述中提出。 在考察下文的說明書、附圖、實(shí)施例和權(quán)利要求之后，本公開內(nèi)容的其他的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。意圖的是，所有這樣的另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)包括在本說明書內(nèi)，應(yīng)當(dāng)在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)，并且應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求保護(hù)。詳細(xì)描述
在更詳細(xì)地描述本公開內(nèi)容之前，將理解，本公開內(nèi)容不限于所描述的具體的實(shí)施方案，并且就其本身而論當(dāng)然可以變化。還將理解，本文所使用的術(shù)語僅是為了描述具體的實(shí)施方案的目的。如果提供了值的范圍，那么將理解，每個(gè)介于該范圍的上限和下限中間的值(至下限的單位的十分之一，除非上下文另外清楚地規(guī)定)以及在所聲明的范圍中的任何其他的聲明的或介于中間的值，都被包括在本公開內(nèi)容內(nèi)。這些較小的范圍的上限和下限可以獨(dú)立地被包括在較小的范圍內(nèi)并且也被包括在本公開內(nèi)容內(nèi)，服從在所聲明的范圍內(nèi)的任何特別地排除的限制。如果所聲明的范圍包括上下限中的一個(gè)或兩個(gè)，那么排除了那些被包括的上下限中的一個(gè)或兩個(gè)的范圍也被包括在本公開內(nèi)容內(nèi)。除非另有定義，否則本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都具有與本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意思相同的意思。雖然任何與本文描述的方法和材料相似或等效的方法和材料也可以被用于本公開內(nèi)容的實(shí)施或試驗(yàn)，但是現(xiàn)在描述優(yōu)選的方法和材料。本說明書中引用的所有出版物和專利在此通過引用被并入，如同每個(gè)單個(gè)的出版物或?qū)＠惶貏e地和分別地表示為通過引用被并入一樣，并且通過引用被并入本文以公開和描述與所引用的出版物相關(guān)的方法和/或材料。任何出版物的引用都是用于其在申請(qǐng)日之前的公開內(nèi)容，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為承認(rèn)本公開內(nèi)容借助于在先公開內(nèi)容不享有先于這樣的出版物的權(quán)力。此外，所提供的出版日期可以是與實(shí)際的出版日期不同，其可能需要被獨(dú)立地證實(shí)。如在閱讀本公開內(nèi)容時(shí)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的，本文描述和圖示的每個(gè)單個(gè)的實(shí)施方案具有分立的組成部分和特征，分立的組成部分和特征可以被容易地從任何其他的多個(gè)實(shí)施方案的特征分離或與任何其他的多個(gè)實(shí)施方案的特征組合，而不偏離本公開內(nèi)容的范圍或精神。任何所敘述的方法可以以所敘述的事件的順序或以任何邏輯上可能的其他順序?qū)嵤?。除非另有說明，本公開內(nèi)容的實(shí)施方案將采用醫(yī)學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、藥理學(xué)以及類似學(xué)科的技術(shù)，其在本領(lǐng)域的技術(shù)的范圍內(nèi)。這樣的技術(shù)在文獻(xiàn)中被完全地解釋。必須注意，如在說明書和所附的權(quán)利要求中使用的，單數(shù)形式“一 (a) ”、“一 (an)，， 和“該(the)”包括復(fù)數(shù)的指代，除非上下文另外清楚地表示。因此，例如，對(duì)“支持物”的指代包括多個(gè)支持物。在本說明書和隨后的權(quán)利要求中，將作出對(duì)許多術(shù)語的指代，這些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被定義為具有以下的意思，除非相反的意圖是明顯的。如本文所使用的，以下的術(shù)語具有它們被賦予的含意，除非另有說明。在本公開內(nèi)容中，“包括”、“包含”、“含有”和“具有”以及類似表述可以具有它們?cè)诿绹鴮＠ㄖ斜毁x予的含意并且可以意指“包括(includes) ”、“包括(including) ”以及類似表述；“基本上
由......組成”或“基本上包含”或類似表述，當(dāng)被應(yīng)用于本公開內(nèi)容包括的方法和組合物
時(shí)，是指相似于本文公開的那些的組成，但是其可以含有另外的結(jié)構(gòu)組、組合物組分或方法步驟(或其類似物或衍生物，如上文討論的)。然而，這樣的另外的結(jié)構(gòu)組、組合物組分或方法步驟等等，與本文公開的相應(yīng)的組合物或方法的基本的和新穎的特征相比，不實(shí)質(zhì)上影響組合物或方法的基本的和新穎的特征?！盎旧嫌?.....組成”或“基本上包含”或類似表述，當(dāng)被應(yīng)用于本公開內(nèi)容包括的方法和組合物時(shí)，具有在美國專利法中賦予的含意，并且術(shù)語是開放式的，允許多于所敘述的組分的組分的存在，只要所敘述的組分的基本的或新穎的特征不被多于所敘述的組分的組分的存在改變，但是排除現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)注意，比率、濃度、量和其他的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在 本文中可以以范圍形式來表示。將理解，使用這樣的范圍形式是為了簡(jiǎn)便和簡(jiǎn)潔，并且因此應(yīng)當(dāng)以靈活的方式解釋為不僅包括作為范圍的上下限明確敘述的數(shù)字值，而且包括在該范圍內(nèi)的所有單個(gè)的數(shù)字值或子范圍，如同每個(gè)數(shù)字值和子范圍被明確敘述一樣。為了例證，“約0. 至約5%”的濃度范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為不僅包括明確敘述的約0. 至約5wt%的濃度，而且包括在所表明的范圍內(nèi)的單個(gè)的濃度(例如1%、2%、3%和4% )和子范圍(例如0. 5%U. 1%>2. 2%,3. 3% 和4.4% )。術(shù)語“約”可以包括所修改的數(shù)字值的士 1%、士2%、士3%、士4%、士5%、 士6%、士7%、士8%、士9%或士 10%，或更多。意圖的是，術(shù)語“約”，當(dāng)在本文中被應(yīng)用于光的峰值波長(zhǎng)時(shí)，可以提供從低于峰值波長(zhǎng)約5nm延伸至高于峰值波長(zhǎng)約5nm的峰值波長(zhǎng)的范圍。例如，“約365nm的峰值波長(zhǎng)” 可以指約360nm至約370nm的范圍。如本文所使用的術(shù)語“植物”可以指任何植物，包括但不限于作物植物或野生植物。本術(shù)語可以還包括任何經(jīng)受昆蟲損害的單子葉或雙子葉植物。這樣的植物包括但不限于基于豆、草的作物，包括谷類植物和果實(shí)作物。作物植物可以包括但不限于大豆、豇豆、玉米、高粱、稻米、小麥、苜蓿、山核桃、澳洲胡桃、果實(shí)作物(例如但不限于蘋果和梨)、棉和番茄，或可能易受昆蟲(包括但不限于椿象物種)損害的任何其他的植物物種、變種以及類似物。如本文所使用的術(shù)語“昆蟲”是指可以誘導(dǎo)植物的組織中的變化的昆蟲，該變化可以導(dǎo)致植物組織中的熒光峰值波長(zhǎng)的遷移或?qū)е聼晒鈴?qiáng)度的減小。如本文所使用的術(shù)語 “昆蟲”可以指任何半翅目、異翅亞目的植食性昆蟲，包括但不限于椿總科，并且包括但不限 參錄禾中(MW (Acrosternum hilare))((Euschitus servus))
方綠椿象(稻綠蝽(Nezara viridula))、綠盾蝽(green shieldbug)(紅尾碧蝽(Palomena prasma))、茶翅椿(褐翅椿(Halyomorpha halys))、夏至草蝽(horehound bug)(夏至草蝽 (Agonoscelis rutila))、森林紅蝽(紅足真蝽(Pentatoma rufipes))，以及類似物，如例如由 Triplehorn&Johnson. (2005)在 Borror & DeLong Introduction to the Study of Insects (昆蟲研究導(dǎo)論),第七版.Pub :Brooks/Cole, Thomson Learning, Inc.的分公司, 貝爾蒙特，加利福尼亞州(864頁)中描述的。術(shù)語可以還涉及任何可以導(dǎo)致或誘導(dǎo)對(duì)植物 (特別是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物植物)的組織損害的穿刺或咀嚼性昆蟲。如本文所使用的術(shù)語“紫外光或紫光”是指具有約280nm至約405nm、優(yōu)選約340nm 至約400nm、并且更優(yōu)選約355nm至約380nm的峰值波長(zhǎng)的光。描述本公開內(nèi)容包括基于熒光的、用于探測(cè)植物中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的方法，并且提供意圖應(yīng)用所述方法的裝置的實(shí)施方案。本公開內(nèi)容的方法是非侵入性的，并且通過探測(cè)與植物組織被例如但不限于椿象類別的成員的昆蟲的口器穿透相關(guān)的發(fā)射熒光，提供用于探測(cè)對(duì)植物的昆蟲誘導(dǎo)的損害的快速手段。在使用現(xiàn)有的評(píng)估椿象在棉作物中的存在的方法時(shí)，已生長(zhǎng)的棉鈴?fù)ㄟ^裂開被手動(dòng)地檢查，以可視地確定是否有對(duì)皮棉或棉鈴心皮的內(nèi)表面的任何變色或其他損害。這些方法的主要缺點(diǎn)是，它們耗費(fèi)時(shí)間并且依賴于在皮棉或組織中具有可歸因于昆蟲并且肉眼可見的缺陷。因此，這些方法僅適合于探測(cè)已經(jīng)具有從用于基本損害的棉鈴組織的初始穿透至發(fā)展的足夠時(shí)間的作物田地的蟲害。如果有的話，僅導(dǎo)致植物組織被口器穿刺的昆蟲活性不是可容易地探測(cè)的，并且對(duì)于植物組織被口器穿刺沒有足夠的時(shí)間流逝用于組織損害形成。對(duì)于僅依賴于對(duì)棉鈴的手動(dòng)檢查的種植者來說，符合實(shí)際的選擇是可以延遲作物殺蟲劑噴灑，直到損害變得明顯，在這一時(shí)間期間更多的作物可以被攻擊?？蛇x擇地，出于謹(jǐn)慎的考慮，種植者可以在蟲害僅僅在田地中局部時(shí)借助于不必要的噴灑。用于作物的手動(dòng)檢查的時(shí)間和勞動(dòng)還可以減少經(jīng)受檢查的作物田地的面積，由此不能夠探測(cè)局部的昆蟲活性，并且低估任何蟲害的程度。本公開內(nèi)容的方法探測(cè)在昆蟲刺穿的組織部位處的紫外光和紫光誘導(dǎo)的熒光，以及特別是在穿透的部位處的植物組織的外表面處或附近發(fā)射的熒光。方法和相關(guān)的裝置可以容易地適合于快速評(píng)定作物昆蟲損害的程度并且避免必須手動(dòng)地打開植物的部分以視覺地探測(cè)損害。本公開內(nèi)容的方法能夠探測(cè)昆蟲攻擊，即使可能沒有足夠的時(shí)間已經(jīng)流逝用于更廣泛的基本組織損害的發(fā)生。因此，如圖15A和15B中所示的，例如，棉鈴的椿象穿透是可被在正在生長(zhǎng)的棉鈴的表面處的藍(lán)-綠熒光探測(cè)的。例如，對(duì)于棉鈴來說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)植物組織的椿象損害與可見的藍(lán)-綠熒光相關(guān)聯(lián)。藍(lán)-綠熒光典型地局限于以內(nèi)心皮壁中的實(shí)際的椿象穿刺洞為中心的小的圓形區(qū)域， 如圖3中所示的。在高度椿象損害的區(qū)域附近，下層的皮棉也可以示出這種特征藍(lán)-綠熒光。這種熒光可以被探測(cè)和記錄。藍(lán)-綠熒光區(qū)的光譜分析展示在約460nm的特征發(fā)射峰。參照附圖，圖2示出了被損害的心皮壁(樣品1)和未被損害的心皮壁(樣品2) 的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。在約360nm的峰值波長(zhǎng)的紫外激發(fā)下，未被損害的棉鈴發(fā)射具有在約405nm周圍(在圖2中由圓標(biāo)記的A)的峰發(fā)射的紫熒光。然而，在椿象破壞的存在下，并且再次使用約360nm的峰值波長(zhǎng)的紫外激發(fā)，看到在約462nm的更強(qiáng)的發(fā)射峰(在圖 2中由圓標(biāo)記的B)。這一在約462nm的峰對(duì)應(yīng)于在圖1中可見的在視覺上觀察到的藍(lán)-綠熒光。對(duì)在約405nm的未被損害的組織特異性發(fā)射以及在約462nm的昆蟲損害特異性發(fā)射的存在的觀察允許植物組織損害的程度的比率測(cè)量方法。在紫外激發(fā)下，在約405nm和約 462nm 二者的發(fā)射可以被同時(shí)地觀察到，并且如果發(fā)射的比率超出某個(gè)閥值，那么可以假定昆蟲損害。圖2的光譜數(shù)據(jù)被在落射熒光顯微鏡上在約405nm激發(fā)下取得的圖像進(jìn)一步支持。在這種情況下，濾波器設(shè)置可以允許觀察葉綠素?zé)晒?，葉綠素?zé)晒鈽?gòu)成了未包括在圖2 中示出的光譜圖像中的第三熒光組分。內(nèi)棉鈴壁的顯微鏡圖像在圖3中示出。在圖3中， 頂部圖像示出了沒有昆蟲損害的棉鈴。圖像主要是被漫射的紅色的葉綠素?zé)晒?，因?yàn)槠湟呀?jīng)被心皮壁細(xì)胞層散射。底部圖像示出了觀察到昆蟲穿刺損害的內(nèi)棉鈴壁。該圖像主要是在昆蟲刺穿附近的藍(lán)-綠熒光。該圖像對(duì)應(yīng)于圖1中示出的宏觀圖像。圖4示出了對(duì)外心皮壁取得的相應(yīng)的圖像。在未經(jīng)受昆蟲攻擊的完整的棉鈴中 (圖4，頂部)，外壁也主要是紅色的葉綠素發(fā)射。具有昆蟲損害的棉鈴(圖4，底部)清楚地示出了刺穿部位、與昆蟲損害相關(guān)聯(lián)的藍(lán)-綠發(fā)射以及降低的紅色葉綠素發(fā)射。葉綠素的行為(即其不存在于損害部位附近)提供對(duì)用于獲得比率光譜測(cè)量以測(cè)定昆蟲損害的程度的通常途徑的補(bǔ)充。現(xiàn)在參照?qǐng)D5和6，對(duì)于來自心皮壁的未被損害的棉鈴組織的情況，展示出具有約 360nm的最優(yōu)激發(fā)峰值波長(zhǎng)和約405nm的峰發(fā)射峰值波長(zhǎng)的自體熒光(圖5)。該峰也存在于已經(jīng)被椿象食用的組織中，如圖6中所示的。然而，在后一種情況下，現(xiàn)在存在具有約 460nm的峰激發(fā)峰值波長(zhǎng)的強(qiáng)度更高的峰(圖6)。圖5和6中示出的矩陣峰 對(duì)應(yīng)于圖2中示出的光譜峰。與和棉相關(guān)聯(lián)的那些相比，除了棉之外的植物物種可能需要不同的激發(fā)峰值波長(zhǎng)并且提供不同的發(fā)射光譜。例如，現(xiàn)在參照?qǐng)D12和13，未被損害的向日葵種子組織展示出具有約405nm的最優(yōu)激發(fā)峰值波長(zhǎng)和約465nm的峰發(fā)射峰值波長(zhǎng)的自體熒光(圖12)。該峰也存在于已經(jīng)被椿象食用的組織中(圖6)，然而，對(duì)于該植物受試者來說，現(xiàn)在存在約 515nm處的峰值波長(zhǎng)的更強(qiáng)的發(fā)射峰(圖13)。與目標(biāo)植物物種無關(guān)，比率測(cè)量可以通過使用第一紫外或紫激發(fā)光照射樣品并且測(cè)量在與健康的植物組織相關(guān)聯(lián)的植物物種特異性峰值波長(zhǎng)處的第一熒光發(fā)射強(qiáng)度的強(qiáng)度(強(qiáng)度I1)來進(jìn)行。然后，樣品將使用可以具有或可以不具有與第一激發(fā)光相同的峰值波長(zhǎng)的第二紫外或紫激發(fā)光來照射，并且測(cè)量在與昆蟲誘導(dǎo)地?fù)p害的植物組織相關(guān)聯(lián)的植物物種特異性峰值波長(zhǎng)處的第二熒光發(fā)射強(qiáng)度的強(qiáng)度(強(qiáng)度I2)?；趫D5和6，例如，比率R = VI1將對(duì)于未被損害的植物組織來說小于1，并且對(duì)于被損害的植物組織來說大于 1。計(jì)算比率測(cè)量結(jié)果，例如R，可以有利地消除許多影響強(qiáng)度的效應(yīng)，例如光源和探測(cè)器與樣品的距離、組織變化或灰塵。設(shè)想，根據(jù)本公開內(nèi)容所提供的現(xiàn)場(chǎng)可用的探測(cè)裝置可以探測(cè)使用在約350nm至約410nm之間的紫外光或紫光激發(fā)的指示昆蟲誘導(dǎo)的植物組織損害的至少一個(gè)熒光發(fā)射， 并且優(yōu)選向裝置測(cè)量的操作者提供損害的程度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和/或圖像。因此，本公開內(nèi)容的一個(gè)方面提供用于探測(cè)植物組織的昆蟲食用損害的便攜式裝置。本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案，如圖7、8和17所示的，可以包括長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)光的源 1和激發(fā)濾器8、被配置為選擇性地探測(cè)第一熒光光線的光探測(cè)器2以及任選地被配置為選擇性地探測(cè)第二熒光光線的第二探測(cè)器2。期望第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器2可以是單個(gè)的部件或是單一的光探測(cè)器，其具有例如被選擇以允許第一熒光或第二熒光的光的通過以傳遞至探測(cè)器的至少一個(gè)濾波器3。在本公開內(nèi)容的裝置的實(shí)施方案中，光源1可以是任何光源，例如發(fā)射具有根據(jù)本文的方法適合于激發(fā)昆蟲誘導(dǎo)的熒光的波長(zhǎng)的光的LED或LED陣列、激光系統(tǒng)以及類似物。光源1和熒光光線探測(cè)器2可以被包封物5包圍，包封物5的橫截面在圖7中圖示，包封物5從經(jīng)受昆蟲損害的檢查的目標(biāo)植物或其片段限制或排除環(huán)境光。本公開內(nèi)容的系統(tǒng) 10的包封物和組裝的部件可以被配置為提供用于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)植物或其部分進(jìn)行檢查的便攜式手持式系統(tǒng)10。在某些實(shí)施方案中，裝置可以被配置為同時(shí)檢查多重目標(biāo)植物，在這種情況下裝置可以不是手持式的。預(yù)期，光探測(cè)器2可以能夠發(fā)射電信號(hào)，該信號(hào)的強(qiáng)度(intensity)或強(qiáng)度 (strength)是入射在探測(cè)器2上的光的強(qiáng)度的函數(shù)。設(shè)想，來自探測(cè)器的輸出信號(hào)可以被引導(dǎo)至成像部件4，以提供由暴露于本公開內(nèi)容的方法的長(zhǎng)波長(zhǎng)光的植物組織所發(fā)射的熒光的直接可見的顯示，相似于圖1中示出的那些?？蛇x擇地，來自光探測(cè)器2的電信號(hào)輸出可以通過能夠?qū)㈦娦盘?hào)的振幅轉(zhuǎn)換為定量的數(shù)值的方式作為數(shù)值顯示，數(shù)值的大小是輸出電信號(hào)的強(qiáng)度的函數(shù)。本公開內(nèi)容的裝置可以還包括電子計(jì)算工具4，例如基于微處理器的裝置，以提供第一熒光和第二熒光的強(qiáng)度的比率值。比率值，作為數(shù)字值，可以被向操作者顯示，然后操作者評(píng)估該值并且判斷在被測(cè)試的植物上是否存在與昆蟲有關(guān)的損害?？蛇x擇地，裝置10將比率值轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的指示物，例如但不限于指示與昆蟲有關(guān)的植物損害的存在的光、聲或可見圖形表示。在本公開內(nèi)容的裝置中，預(yù)期，裝置可以是便攜式的并且因此能夠被攜帶入田間， 以進(jìn)行對(duì)作物植物的蟲害的檢查，如由植物組織中的昆蟲誘導(dǎo)的熒光變化表明的。激發(fā)紫外光源或紫光源、熒光光線探測(cè)器和用于轉(zhuǎn)換來自探測(cè)器2的電輸出信號(hào)的電子電路可以可操作地連接在小至足以被容易地?cái)y帶并且優(yōu)選手持的一個(gè)或多個(gè)單元中。對(duì)于將在日光中可操作的裝置來說，該裝置將優(yōu)選包括光屏蔽包封物5，以包封目標(biāo)植物或植物片段，由此排除環(huán)境光干擾測(cè)試設(shè)備的入射光和發(fā)射光。本公開內(nèi)容的裝置10的微處理器單元4可以分析光譜信息并且向操作者指示昆蟲損害是否存在。探測(cè)裝置的兩個(gè)傳感器單元實(shí)施方案在圖7和8中示出，但不意圖作為限制。兩個(gè)實(shí)施方案都基于以下原理可以將藍(lán)/紫外激發(fā)光導(dǎo)向至植物表面，并且分析在不同的峰值波長(zhǎng)的發(fā)射光以識(shí)別主要的發(fā)射峰。兩個(gè)裝置都優(yōu)選地允許探測(cè)昆蟲損害而不移除、破裂或以其他方式損害正在測(cè)試的植物或該植物的部分。光源和探測(cè)器將由微控制器電路控制，并且數(shù)據(jù)分析在附接于探測(cè)器的便攜式微處理器單元中進(jìn)行。整個(gè)單元可以由常規(guī)的電池或可充電電池驅(qū)動(dòng)。任選擇的光信號(hào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)、聲信號(hào)以及類似信號(hào)可以向操作者通知昆蟲損害的存在。在根據(jù)本公開內(nèi)容并且在圖8中示意性地示出的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備包括光傳輸光纖7或多個(gè)光纖，光纖7的遠(yuǎn)端被可以是手持式的棒6保持為穩(wěn)定的配置以保持緊貼目標(biāo)植物或其部分，并且光纖7的近端被可操作地連接于光源1或其激發(fā)濾器8，并且連接于熒光光線探測(cè)器2。在采用本公開內(nèi)容的方法的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案中，昆蟲損害探測(cè)可以使用線掃描器來實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步使探測(cè)過程自動(dòng)化和促進(jìn)探測(cè)過程，設(shè)想，CCD線掃描器可以用作熒光探測(cè)器。線掃描器是典型地含有在線性陣列中的2，000個(gè)傳感器的集成電路。線掃描器經(jīng)常在傳真和桌面掃描裝置中以及在電子復(fù)印機(jī)中使用。線掃描器用于將處理任務(wù)簡(jiǎn)化為一維數(shù)據(jù)處理，其可以通過緊湊的手持式微控制器裝置進(jìn)行。例如，線掃描器和兩個(gè)UV照射陣列可以被布置在大至足以貼合在棉鈴上的圓桶中。然后，圓桶本身或僅僅光源/熒光探測(cè)器圍繞棉鈴旋轉(zhuǎn)并且收集掃描數(shù)據(jù)，分析掃描數(shù)據(jù)用于噪聲降低、具有高度足夠的紅色信號(hào)的細(xì)胞的探測(cè)、藍(lán)色信號(hào)相對(duì)于紅色信號(hào)的歸一化以及計(jì)數(shù)具有高于預(yù)定水平的藍(lán)色與紅色比率的細(xì)胞的數(shù)量。該數(shù)量可以用作用于確定椿象食用損害的量的量度。除了棉鈴之外，向日葵種子具有非常相似的光譜行為，并且因此預(yù)期裝置可以專門地關(guān)于與諸如棉、向日葵，玉米、大豆和各種被椿象及類似物影響的其他植物的具體植物目標(biāo)的昆蟲損害相關(guān)聯(lián)的激發(fā)光和熒光光線的波長(zhǎng)來配置。因此，本公開內(nèi)容的一個(gè)方面包括探測(cè)目標(biāo)植物組織中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的方法，包括(a)將目標(biāo)植物或其片段暴露于紫外光或紫光；并且(b)探測(cè)來自目標(biāo)植物或其片段的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，其中熒光的可探測(cè)的水平指示對(duì)目標(biāo)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。在 本公開內(nèi)容的多個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括(i)探測(cè)來自目標(biāo)植物或其片段的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光；(ii)測(cè)量第一熒光和第二熒光的強(qiáng)度水平；并且 (iii)測(cè)定第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平與第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平的比率；由此所述比率指示對(duì)植物或其片段的昆蟲損害的水平。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，目標(biāo)植物可以選自由以下組成的組豆科作物、草類作物和子實(shí)體作物。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，目標(biāo)植物可以選自由以下組成的組大豆、 豇豆、玉米、高粱、稻米、小麥、苜蓿、山核桃、澳洲胡桃、蘋果、梨、棉和番茄，或其雜交物或變種。在本公開內(nèi)容的本方面的某些實(shí)施方案中，目標(biāo)植物選自由以下組成的組棉植物、向日葵植物和大豆植物。在本公開內(nèi)容的本方面的各種實(shí)施方案中，紫外或紫激發(fā)光具有約365nm的峰值波長(zhǎng)，第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約405nm的峰值波長(zhǎng)，并且第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約465nm的峰值波長(zhǎng)，并且其中目標(biāo)植物是棉植物或其片段。在本公開內(nèi)容的本方面的某些實(shí)施方案中，其中紫外或紫激發(fā)光具有約405nm的峰值波長(zhǎng)，并且第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約465nm的峰值波長(zhǎng)，并且第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約515nm的峰值波長(zhǎng)，并且其中目標(biāo)植物是向日葵植物或其片段。在本公開內(nèi)容的本方面的方法的實(shí)施方案中，熒光的可探測(cè)的水平可以指示半翅目的昆蟲對(duì)目標(biāo)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。在某些實(shí)施方案中，昆蟲是椿象。本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面包括被配置以用于識(shí)別植物或其片段中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的裝置，包括紫外光或紫光的源，其中紫外光或紫光的源的波長(zhǎng)被選擇以誘導(dǎo)與植物組織的昆蟲誘導(dǎo)的損害相關(guān)聯(lián)的熒光；至少一個(gè)光探測(cè)器，其被配置為提供響應(yīng)于具有約 405nm至約675nm的峰值波長(zhǎng)的熒光光線的輸出電信號(hào)；電子系統(tǒng)，其用于將探測(cè)器的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為被探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量；以及輸出系統(tǒng)，其用于將被探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量轉(zhuǎn)換為用于指示目標(biāo)植物或其片段具有昆蟲誘導(dǎo)的損害的指示物。在本公開內(nèi)容的本方面的設(shè)備的實(shí)施方案中，設(shè)備可以還包括包封物，包封物被配置為容納植物或其片段，并且還被配置為減少植物或其片段周圍的環(huán)境光。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，熒光光線可以具有選自由以下組成的組的峰值波長(zhǎng)約405nm、約460nm、約515nm和約675nm或其組合。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，熒光光線的強(qiáng)度的度量可以作為對(duì)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在的非數(shù)字指示物向操作者顯示。在本公開內(nèi)容的本方面的某些實(shí)施方案中，熒光光線的強(qiáng)度的度量可以作為數(shù)值向操作者顯示，其中數(shù)值指示對(duì)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。在本公開內(nèi)容的本方面的實(shí)施方案中，紫外光或紫光的源和至少一個(gè)光探測(cè)器被布置為線性陣列，并且其中設(shè)備被配置為允許線性陣列圍繞目標(biāo)植物或其片段的軸線旋轉(zhuǎn)。在本公開內(nèi)容的本方面的一個(gè)實(shí)施方案中，其中紫外光或紫光的源被配置為提供具有約365nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約405nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且目標(biāo)植物是棉植物或其片段。在本公開內(nèi)容的本方面的另一個(gè)實(shí)施方案中，紫外光或紫光的源被配置為提供具有約405nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及具有約515nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且目標(biāo)植物是向日葵植物或其片段。下文的具體的實(shí)施例將被視為僅是例證性的，并且不以任何方式作為對(duì)本公開內(nèi)容的其他部分的限制。相信，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以不經(jīng)過進(jìn)一步地復(fù)雜工作基于本文的描述將本公開內(nèi)容利用至其最完全的程度。本文敘述的所有出版物在此以其整體通過引用被并入。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本公開內(nèi)容的實(shí)施方案，特別是任何“優(yōu)選的”實(shí)施方案，都僅是實(shí)施的可能的例子，僅僅為了清楚理解本公開內(nèi)容的原理而提出。可以對(duì)本公開內(nèi)容的上述實(shí)施方案作出許多變化和修改，而不實(shí)質(zhì)上偏離本公開內(nèi)容的精神和原理。所有這樣的修改和變化都意圖在此被包括在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)，并且本公開內(nèi)容受以下的權(quán)利要求保護(hù)。
實(shí)施例實(shí)施例1將棉損傷(組織腫瘤，熒光材料)選擇性地切割并且與水混合地放入微量離心管。 然后將所制備的樣品凍結(jié)并隨后在室溫放置以融化。當(dāng)樣品融化(固體樣品/水混合物) 時(shí)，使用特氟隆氟碳樹脂研杵在微量離心管中研磨樣品。將溶液從固體殘留物分離。然后將溶液裝入至比色杯，以進(jìn)行激發(fā)/發(fā)射光譜測(cè)量。如圖2中示出的結(jié)果顯示出棉損傷具有在約350nm的激發(fā)峰值波長(zhǎng)下的在約425nm至約475nm的范圍內(nèi)的最大發(fā)射強(qiáng)度。實(shí)施例2向日葵種子研究圖12是普通向日葵種子的矩陣掃描。最高發(fā)射是在約405nm的激發(fā)峰值波長(zhǎng)下的約465nm。這一激發(fā)/發(fā)射對(duì)與受侵害的棉鈴損傷材料相同。圖13是被椿象侵害的向日葵種子的矩陣掃描。在460nm和470nm處的兩個(gè)顯著的激發(fā)峰給出約510nm至約520nm的發(fā)射。這是與普通向日葵種子的不同點(diǎn)。從附圖，普通向日葵種子激發(fā)/發(fā)射指紋也是明顯的(在405nm激發(fā)下具有465nm發(fā)射)，雖然其與受侵害的材料相比較弱。因此，向日葵種子的椿象誘導(dǎo)的損傷的檢查可以使用465nm激發(fā)以探測(cè)515nm的發(fā)射峰值波長(zhǎng)。在圖14A和14B中示出的圖像使用具有在照相機(jī)鏡頭前部中的420nm長(zhǎng)通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)取得。使用UV燈照射大豆。椿象損害的大豆顯示出綠-黃熒光。在圖14A 中，小的綠色-黃色點(diǎn)是食用點(diǎn)，與由不均勻的照射導(dǎo)致的更大的和更均勻的綠色-黃色背景點(diǎn)不同。在圖14B中，不可歸因于與昆蟲有關(guān)的損害的大熒光位于右上部分上。椿象誘導(dǎo)的損害熒光通常呈現(xiàn)為較小的點(diǎn)。實(shí)施例3使用CMOS照相機(jī)芯片的椿象損害探測(cè)如圖17中所示的，390nm高功率LED被用作紫外光源來照射棉鈴。熒光圖像使用具有固定的50mm鏡頭和480nm長(zhǎng)通濾波器的來自上文的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼SLR照相機(jī)取得。濾波器被用于截止短波照射光。整個(gè)機(jī)構(gòu)被屏蔽對(duì)抗明亮的環(huán)境光。在SLR照相機(jī)中停用所有自動(dòng)特征，并且保持設(shè)置對(duì)于所有圖像相同，以允許一致的定量圖像分析。使用定量 圖像分析軟件"Crystal Image，，(Haidekker MA, Advanced Biomedical Image Analysis,Boston Artech House 2010)處理所記錄的圖像。每個(gè)SLR原始圖像被轉(zhuǎn)變?yōu)?2比特每像素的TIFF圖像，并且通過剪切、像素合并 (4x4像素)和通過中值濾波器和高斯濾波器的噪聲減低進(jìn)行預(yù)處理。將紅色通道和藍(lán)色通道分離。紅色通道主要是由葉綠素導(dǎo)致的長(zhǎng)波熒光。藍(lán)色通道中的圖像強(qiáng)度強(qiáng)烈地依賴于椿象損傷的存在。因此紅色通道被用于提取兩個(gè)信息要素(1)棉鈴的圖像區(qū)域(自動(dòng)分割)和(2)照射強(qiáng)度。通過使用紅色通道分割藍(lán)色通道，照射不均勻性被衰減。通過僅使用具有高度紅光發(fā)射的圖像區(qū)域，僅實(shí)際的棉鈴區(qū)域被考慮。圖像處理結(jié)果在圖16A和 16B中顯示。通過簡(jiǎn)單的閥值設(shè)定(thresholding)或通過直方圖分析，明亮的(熒光)點(diǎn)的相對(duì)面積可以被確定并且用作椿象損害的量度。這些亮點(diǎn)的較大的量以及相應(yīng)地較大的相對(duì)面積指示椿象食用損害的存在。實(shí)施例4具有提供12比特每像素分辨率(數(shù)字化誤差小于0. 04% )的能力的SLR照相機(jī)被與365nm LED光源和480nm長(zhǎng)通發(fā)射濾波器組合地使用。將棉鈴放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，使得從不同的角度獲得多重圖像成為可能。成像機(jī)構(gòu)在圖17中示出。從SLR照相機(jī)圖像，紅色通道和藍(lán)色通道被提取。紅色通道含有葉綠素自體熒光并且服務(wù)于兩個(gè)目的識(shí)別(分割)圖像中的棉鈴形狀并且作為照射基準(zhǔn)。在另一方面，藍(lán)色通道含有關(guān)于被懷疑的椿象食用損害的信息。圖像處理步驟是噪聲降低、棉鈴分割、歸一化的藍(lán)光發(fā)射強(qiáng)度的計(jì)算(通過計(jì)算藍(lán)色強(qiáng)度對(duì)紅色強(qiáng)度的比率)以及超出某個(gè)強(qiáng)度閥值的藍(lán)光發(fā)射的相對(duì)的面積的測(cè)定。在成像處理之后，手動(dòng)地檢查所有棉鈴。將棉鈴打開并且目測(cè)檢查三種指示物 (a)皮棉變色、(b)木瘤在內(nèi)心皮壁上的形成以及(c)刺穿標(biāo)記中的任何一種的存在。三種指示物中的任何一種的存在將棉鈴分類為“被損害的”。如果所有三種指示物都不存在，那么將棉鈴分類為“未被損害的”。圖18顯示出來自兩個(gè)樣品棉鈴的圖像。棉鈴A是未被損害的?？梢郧宄乜吹轿⒓t色的色調(diào)，這指示葉綠素?zé)晒狻Ｏ鄳?yīng)的比率圖像(藍(lán)色相對(duì)于紅色)在B中示出。棉鈴C已經(jīng)被識(shí)別為具有木瘤和皮棉顯色二者。未處理的熒光圖像顯示出較少的紅光發(fā)射。 相應(yīng)的比率圖像(D)顯著地比(B)明亮，指示與被椿象損害相關(guān)聯(lián)的較大量的藍(lán)色熒光發(fā)射。相應(yīng)于圖18(B和D)的強(qiáng)度直方圖進(jìn)一步突出了該差異。圖18，D中的強(qiáng)度分布揭示了比未被損害的實(shí)例(圖18，B)的強(qiáng)度分布高的強(qiáng)度值的更高的概率。直方圖(圖 19A和19B)允許提取一個(gè)單一的定量參數(shù)，例如超出任意的預(yù)選擇的閾值的像素?cái)?shù)或標(biāo)記最高5%的像素的強(qiáng)度值。在本具體的實(shí)施例中，與在被損害的情況中的917個(gè)像素相比，在未被損害的情況中發(fā)現(xiàn)M個(gè)超過80的值的像素。與95%分位數(shù)在損害的情況下是68相比，95%分位數(shù)在未被損害的情況下是四?；谑謩?dòng)檢查，圖像處理參數(shù)(即閥值和分位數(shù))可以被選擇以匹配通過手動(dòng)檢查獲得的結(jié)果。實(shí)施例5為了測(cè)試光學(xué)探測(cè)潛力，在溫室中準(zhǔn)備未被損害的棉鈴和被椿象損害的棉鈴。使棉植物(FiberMax FM 9063 B2F)在3-加侖盆中在無昆蟲條件下生長(zhǎng)。從開花期開始，給具有第一位置白花的節(jié)點(diǎn)加標(biāo)簽。在開花期之后十五天，將三只五齡南方綠椿象(Nezara viridula(稻綠蝽)(L.))關(guān)在籠子里置于每個(gè)單個(gè)的棉鈴上。在三天的昆蟲食用之后，將從植物收獲棉鈴并且分析。將被損害的棉鈴和未被損害的棉鈴打開，以檢查在不同類型的光下的光譜性質(zhì)的差異。最顯著的可見結(jié)果在棉鈴在UV燈下察看時(shí)發(fā)生，因?yàn)榇幌笳T導(dǎo)的木瘤和變色的皮棉發(fā)出綠色的熒光(圖1)。為了測(cè)定激發(fā)的精確的波長(zhǎng)，使用熒光光譜法分析無蟲害的棉鈴和被椿象損害的棉鈴的部分。這些結(jié)果(圖2)顯示出，被損害的棉鈴以與未被損害的棉鈴不同的波長(zhǎng)發(fā)射熒光。使用低分辨率落射熒光顯微術(shù)檢查棉鈴的內(nèi)表面和外表面。無論是內(nèi)表面還是外表面，被椿象損害的棉鈴總是展示藍(lán)-綠熒光，而紅色的葉綠素自體熒光被削弱。相反地， 未被損害的棉鈴不顯示出藍(lán)-綠熒光的跡象，而是顯示出清楚的紅色葉綠素?zé)晒?。這一發(fā)現(xiàn)是甚至更令人鼓舞的，因?yàn)槲覀兡軌蚍蛛x被損害的棉鈴和未被損害的棉鈴，而不破裂它們以暴露木瘤和變色的皮棉。實(shí)際上，藍(lán)-綠熒光大部分定位在椿象的口器在食用期間刺穿棉鈴壁之處(圖幻，這證實(shí)了熒光的差異看來像是與椿象食用相關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)目標(biāo)植物組織中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的方法，包括(a)將目標(biāo)植物或其片段暴露于紫外光或紫光；并且(b)探測(cè)來自所述目標(biāo)植物或所述其片段的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，由此熒光的可探測(cè)的水平指示對(duì)所述目標(biāo)植物或所述其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括(i)探測(cè)來自所述目標(biāo)植物或所述其片段的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光； ( )測(cè)量所述第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平和所述第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的強(qiáng)度水平；并且(iii)測(cè)定所述第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的所述強(qiáng)度水平與所述第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光的所述強(qiáng)度水平的比率；由此所述比率指示對(duì)所述植物或所述其片段的昆蟲損害的水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)植物選自由以下組成的組豆科作物、草類作物和子實(shí)體作物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)植物選自由以下組成的組大豆、豇豆、 玉米、高粱、稻米、小麥、苜蓿、山核桃、澳洲胡桃、蘋果、梨、棉和番茄，或其雜交物或變種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)植物選自由以下組成的組棉植物、向日葵植物和大豆植物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述紫外或紫激發(fā)光具有約365nm的峰值波長(zhǎng)，所述第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約405nm的峰值波長(zhǎng)，并且所述第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約465nm的峰值波長(zhǎng)，并且其中所述目標(biāo)植物是棉植物或其片段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述紫外或紫激發(fā)光具有約405nm的峰值波長(zhǎng)，并且所述第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約465nm的峰值波長(zhǎng)，并且所述第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光具有約515nm的峰值波長(zhǎng)，并且其中所述目標(biāo)植物是向日葵植物或其片段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熒光的可探測(cè)的水平指示半翅目的昆蟲對(duì)所述目標(biāo)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述昆蟲是椿象。
10.一種用于識(shí)別植物或其片段中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的設(shè)備，包括紫外光或紫光的源，其中紫外光或紫光的源的波長(zhǎng)被選擇以誘導(dǎo)與植物組織的昆蟲誘導(dǎo)的損害相關(guān)聯(lián)的熒光；至少一個(gè)光探測(cè)器，其被配置為提供響應(yīng)于具有約405nm至約675nm的峰值波長(zhǎng)的熒光光線的輸出電信號(hào)；電子系統(tǒng)，其用于將所述探測(cè)器的所述輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為被所述探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量；以及輸出系統(tǒng)，其用于將所述被所述探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量轉(zhuǎn)換為用于指示目標(biāo)植物或其片段具有昆蟲誘導(dǎo)的損害的指示物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括包封物，其中所述包封物被配置為容納植物或其片段，并且還被配置為減少所述植物或其片段周圍的環(huán)境光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述熒光光線具有選自由以下組成的組的峰值波長(zhǎng)約405nm、約460nm、約515nm和約675nm，或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述熒光光線的強(qiáng)度的所述度量作為對(duì)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在的非數(shù)字指示物向操作者顯示。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述熒光光線的強(qiáng)度的所述度量作為數(shù)字值向操作者顯示，其中所述數(shù)字值指示對(duì)植物或其片段的昆蟲誘導(dǎo)的損害的存在。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述紫外光或紫光的源和所述至少一個(gè)光探測(cè)器被布置為線性陣列，并且其中所述設(shè)備被配置為允許所述線性陣列圍繞所述目標(biāo)植物或其片段的軸線旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述紫外光或紫光的源被配置為提供具有約 365nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且所述探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約405nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且其中所述目標(biāo)植物是棉植物或其片段。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述紫外光或紫光的源被配置為提供具有約 405nm的峰值波長(zhǎng)的紫外或紫激發(fā)光，并且所述探測(cè)器被配置為探測(cè)具有約465nm的峰值波長(zhǎng)的第一被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，以及具有約515nm的峰值波長(zhǎng)的第二被紫外光或紫光誘導(dǎo)的熒光，并且其中所述目標(biāo)植物是向日葵植物或其片段。
全文摘要
由食用植物的昆蟲導(dǎo)致的損傷與在例如棉鈴心皮壁中和在皮棉區(qū)域中的藍(lán)-綠熒光的區(qū)域的產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)。本公開內(nèi)容現(xiàn)在提供用于迅速地和非侵入地探測(cè)和測(cè)量與昆蟲有關(guān)的熒光并且將所產(chǎn)生的熒光與作物中的昆蟲損害的可能性相關(guān)聯(lián)的方法和裝置。特別地，方法涉及棉植物中的椿象損害，但是也適合于探測(cè)任何植物的與昆蟲有關(guān)的損害。探測(cè)目標(biāo)植物組織中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的方法可以包括將目標(biāo)植物或其片段暴露于紫外光或紫光；并且探測(cè)來自所述目標(biāo)植物或其片段的被紫外光誘導(dǎo)的熒光，由此指示與昆蟲有關(guān)的植物損害的存在。還提供被配置以用于識(shí)別植物或其片段中的昆蟲誘導(dǎo)的損害的裝置，包括紫外光或紫光的源、至少一個(gè)光探測(cè)器；電子系統(tǒng)，其用于將輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為被探測(cè)器探測(cè)到的熒光光線的強(qiáng)度的度量；以及輸出系統(tǒng)，其用于將熒光光線的強(qiáng)度的度量轉(zhuǎn)換為用于指示目標(biāo)植物或其片段具有昆蟲誘導(dǎo)的損害的指示物。
文檔編號(hào)G01N37/00GK102348976SQ201080011235
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者夏晉軍, 邁克爾·D·特夫斯, 馬克·A·海德克 申請(qǐng)人:喬治亞大學(xué)研究基金公司