BR112016013872B1

BR112016013872B1 - Método para determinar uma infecção fúngica que afeta o teor de um composto fenólico de uma planta de uma planta, dispositivo de detecção e aparelho para determinar uma infecção fúngica de uma planta

Info

Publication number: BR112016013872B1
Application number: BR112016013872-4A
Authority: BR
Inventors: Ylva TISCHLER; Eberhard HARTUNG; Eiko THIESSEN
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2021-08-10
Also published as: US9921162B2; BR112016013872A2; EP3084401B1; CA2933297A1; BR112016013872B8; DK3084401T3; EP3084401A1; US20160349180A1; CA2933297C; EP2887053A1; WO2015091632A1

Abstract

método para determinar uma infecção fúngica de uma planta, dispositivo e aparelho a presente invenção refere-se a um método para determinar uma infecção fúngica de uma planta. o método compreende: emitir radiação de excitação por uma ou mais fontes de radiação para a planta, cuja dita radiação compreende os primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção de um composto cujo conteúdo na planta é afetado por uma infecção fúngica, em particular um composto fenólico, e segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do dito composto, através disso induzindo fluorescência de clorofila; detectar a radiação de fluorescência de clorofila da planta; e obter um valor que é indicativo para a infecção fúngica da planta, cujo dito valor é dependente da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação. além disso, a presente invenção refere-se a um dispositivo de detecção, em particular, um dispositivo de detecção móvel, para realização deste método.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo de detecção para determinar uma infecção fúngica de uma planta.

[002] Sabe-se que a saúde das plantas pode ser avaliada pela detecção e análise do conteúdo de clorofila nas folhas de plantas. Se a saúde de uma planta é afetada, o conteúdo de clorofila nas folhas dessa planta é reduzido. Essa redução pode ser detectada pela luz que é refletida pelas folhas da planta.

[003] A patente US 6.366.681 B1 descreve um método para gerar um mapa de saúde baseado em clorofila para uma área geográfica. De acordo com esse método, um satélite, avião ou outro dispositivo elevado passa sobre um campo do agricultor e um dispositivo de formação de imagens registra uma imagem digital multiespectral. Com base nessa imagem digital multiespectral, o conteúdo de clorofila das folhas do campo do agricultor é analisado e um mapa de saúde baseado clorofila é criado.

[004] A patente US 6.855.933 B2 descreve um sensor óptico de refletância espectral e controlador. O sensor obtém as propriedades de refletância de uma planta. Observando a luz refletida em comprimentos de onda específicos e a intensidade da fonte de luz nos mesmos comprimentos de onda, são calculadas a produção da cultura esperada com um nível específico de nitrogênio disponível e a produção máxima da cultura, se uma quantidade ideal de fertilizante de nitrogênio for adicionada.

[005] A patente US 7.715.013 B2 descreve um sistema óptico para caracterização da planta. Em específico, um estressor de uma planta é determinado. No método, a energia solar refletida a partir de uma superfície de planta é coletada, a energia solar coletada é formada em uma imagem de banda múltipla e essa imagem é analisada.

[006] A patente US 7.408.145 B2 descreve um instrumento de detecção de luz com uma fonte policromática modulada. Por esse aparelho o estado da planta é avaliado com o uso de propriedades biofísicas e bioquímicas da planta remotamente detectadas. Um único emissor policromático fornece feixes de luz coincidentes. Um arranjo de detector detecta porções desse feixe de luz policromático refletido por uma área superficial e fornece um sinal indicativo de se a luz detectada foi refletida por uma planta ou por algum objeto não vegetal, como solo. Com base nesse sinal, a planta pode ser pulverizada por um herbicida, ou um fertilizante é aplicado.

[007] A patente US 7.910.876 B2 descreve um sensor de planta que inclui uma seção de fonte de luz que tem primeiro e segundo emissores de luz configurados para irradiar a primeira e a segunda emissão de luz em direção a um objeto a ser medido e um receptor de luz configurado para receber a luz refletida do objeto a ser medida. Com base nas saídas dos sinais de recepção de luz, são obtidas informações relativas a uma condição de crescimento do objeto a ser medida.

[008] Além disso, a patente US 8.179.533 B2 descreve um sistema de sensoriamento e método para discriminar matéria vegetal. O sistema de sensoriamento compreende uma fonte de luz que tem três ou mais comprimentos de onda distintos para iluminar uma pluralidade de áreas distintas em um campo de visão, um sensor para medir a refletância de áreas distintas em cada um dos comprimentos de onda distintos e um identificador para identificar pelo menos um objeto no campo de visão da refletância medida em cada um dos comprimentos de onda. Esse sistema pode ser usado para detectar parasitas, como insetos.

[009] O método e os sistemas descritos acima têm a desvantagem de que uma doença de uma planta como uma infecção fúngica pode somente ser detectada se a doença afetou as plantas de modo que as propriedades de reflexão da planta foram alteradas.

[0010] Por último, a patente US 2010/0184117 A1 descreve um método para determinar o conteúdo de um primeiro composto de cromóforo não fluorescente, em um tecido biológico incluindo um segundo composto cromóforo fluorescente. O método inclui a emissão de uma primeira radiação óptica de referência e uma segunda radiação óptica de medição, cada uma escolhida de modo a induzir uma radiação de fluorescência do segundo composto, cada uma das primeiras e segundas radiações sendo parcialmente absorvidas pelo primeiro composto. As radiações de fluorescência para cada uma das primeiras e segundas radiações são medidas e o conteúdo do primeiro composto no tecido é determinado a partir da medição. Além disso, a patente US 2011/0186752 A1 descreve um método para determinar a razão dos conteúdos de clorofila e de um composto de cromóforo que é não fluorescente na banda de fluorescência de clorofila em um tecido vegetal, sem determinar os conteúdos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[0011] É objetivo da presente invenção fornecer um método e um dispositivo de detecção que pode detectar uma infecção fúngica de uma planta o mais cedo possível.

[0012] De acordo com a invenção, esse objetivo foi atingido por um método conforme definido na reivindicação 1 e um dispositivo de detecção conforme definido na reivindicação 12. Características adicionais desse método e dispositivo são definidos nas reivindicações dependentes.

[0013] Consequentemente, o método para determinar uma infecção fúngica de uma planta de acordo com a presente invenção compreende as seguintes etapas:

[0014] A radiação de excitação é emitida por uma ou mais fontes de radiação para a planta. A radiação compreende os primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção de um composto cujo conteúdo na planta é afetado por uma infecção fúngica e segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção dos ditos compostos, através disso induzindo fluorescência de clorofila, em específico por ambos os comprimentos de onda de radiação. A radiação de fluorescência de clorofila da planta é detectada. Posteriormente, um valor sendo indicativo para a infecção fúngica da planta é obtido. Esse valor é dependente da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e aradiação de fluorescência de clorofila induzida por radiação de excitação dossegundos comprimentos de onda.

[0015] A fonte de radiação ou as fontes de radiação que sãousadas de acordo com a presente invenção podem emitir ondaseletromagnéticas em um espectro de comprimento de onda amplo ou estreito. A emissão pode compreender somente o primeiro e o segundo comprimentos de onda de excitação. Além disso, a emissão pode compreender não somente o primeiro e segundo comprimentos de onda de excitação, mas também outros comprimentos de onda do espectro eletromagnético.

[0016] De acordo com uma realização, a radiação de excitação emitida compreende somente o primeiro e segundo comprimentos de onda, conforme definido acima. De acordo com outra realização, a planta é iluminada por radiação eletromagnética de amplo espectro. Nesse caso, de acordo com uma realização, a dita emissão de radiação de excitação inclui iluminação de radiação eletromagnética para a planta e filtragem da dita radiação eletromagnética iluminada para os ditos primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção do composto cujo conteúdo na planta é afetado pela infecção fúngica e para o dito segundo comprimento de onda de excitação que está fora da banda de absorção do dito composto.

[0017] De acordo com uma realização adicional, em vez de filtrar a radiação eletromagnética iluminada, um sensor hiperespectral pode ser usado e somente as bandas com os comprimentos de onda necessários são usadas para a análise. Portanto, de acordo com uma realização adicional, a dita emissão de radiação de excitação inclui iluminação de radiação eletromagnética para a planta, e a dita detecção de radiação de fluorescência de clorofila da planta inclui detectar a radiação de fluorescência de clorofila induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e detectar a radiação de fluorescência de clorofila induzida por radiação de excitação do segundo comprimento de onda de excitação. O sensor hiperespectral usa formação de imagens hiperespectrais nos quais a informação de todo o espectro eletromagnético é coletada e processada. As imagens detectadas são divididas em bandas que podem ser processadas separadamente. Em outras palavras, o sensor hiperespectral coleta informações como um conjunto de imagens, sendo que cada imagem representa uma faixa estreita de comprimento de onda do espectro eletromagnético.

[0018] De acordo com uma realização, o composto cujo conteúdo na planta é afetado pela infecção fúngica é um composto fenólico.

[0019] A invenção utiliza que uma infecção fúngica de uma planta afeta o conteúdo de um composto específico, em particular de compostos fenólicos na planta. Essa alteração do conteúdo de composto fenólico surge antes da concentração de clorofila no tecido vegetal ser reduzida devido à infecção fúngica. Dessa forma, usar radiação de excitação que tem um comprimento de onda dentro da banda de absorção e radiação de excitação que tem um comprimento de onda fora da banda de absorção de um composto fenólico levará a uma alteração da radiação de fluorescência de clorofila, se o conteúdo do composto fenólico se alterar. O composto fenólico absorverá parcialmente comprimentos de onda de excitação dentro da banda de absorção do composto fenólico, enquanto que comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do composto fenólico não serão absorvidos. Portanto, a radiação de fluorescência de clorofila induzida pelos primeiros comprimentos de onda de excitação diminui com um aumento da absorção da radiação de excitação. Uma alteração do conteúdo do composto fenólico levará a uma alteração do valor que é dependente da radiação de fluorescência de clorofila usada pela radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção do composto fenólico. Dessa forma, o valor é indicativo da infecção fúngica da planta, embora uma redução da concentração de clorofila no tecido vegetal que pode ser detectada pela reflexão de luz não tenha ainda ocorrido. Portanto, o método da presente invenção pode detectar uma infecção fúngica de uma planta mais cedo do que o método convencional com o uso de imagens de radiação refletida.

[0020] Ao contrário de um reflexo visível de luz pelas folhas da planta que é influenciado principalmente pela concentração de clorofila no tecido vegetal, a radiação de fluorescência de clorofila também compreende informações sobre as alterações induzidas pela infecção fúngica da planta antes que essas alterações sejam visíveis. Portanto, o método da presente invenção pode determinar uma infecção fúngica antes que os sintomas sejam visíveis. No método da presente invenção, o fungo não é diretamente detectado. Em vez disso, compostos da planta são detectados cuja concentração é alterada pela infecção fúngica da planta. Além disso, a alteração da fotossíntese das folhas afetadas pode ser determinada. A alteração da concentração é determinada por espectroscopia de fluorescência por análise dos espectros de excitação ou emissão. A atividade da fotossíntese pode ser medida como cinética da fluorescência de clorofila variável.

[0021] O primeiro e segundo comprimentos de onda de excitação são escolhidos em relação à banda de absorção do composto, em específico um composto fenólico. Em específico, o composto fenólico é um polifenol. Polifenóis relevantes em plantas são, em específico, flavonoides, antocianos, procianidas, derivados do ácido benzoico, derivados do ácido cinâmico e derivados de estilbeno. Para medições em plantas de trigo, em específico ácido ferúlico cis e trans e ácido cumárico cis e trans, vanilina e ácido siríngico, bem como quantidades menores de p-hidroxibenzaldeído, ácido p-hidroxibenzoico e ácido vanílico são relevantes.

[0022] Para a medição de fluorescência de clorofila não é necessariamente útil aplicar exatamente um comprimento de onda de absorção máxima de polifenóis para excitação: embora as maiores alterações no comportamento de absorção para alterações de conteúdo polifenólico ocorram se a excitação for realizada na absorção máxima, se esse comprimento de onda de excitação for usado, a absorção pode ser tão alta que pouca ou nenhuma radiação pode chegar à clorofila para excitá-la. Nesse caso nenhuma fluorescência de clorofila pode ser medida, sem falar de quaisquer alterações de fluorescência de clorofila quando o conteúdo de polifenol se altera devido a uma infecção. Em resumo, a escolha do comprimento de onda de excitação ultravioleta é um compromisso entre a absorção de polifenol, a produção de fluorescência de clorofila e a eficiência de energia das fontes de radiação disponíveis nessa faixa ultravioleta.

[0023] Portanto, de acordo com uma realização, o primeiro comprimento de onda de excitação é escolhido para estar dentro da banda de absorção do composto, em particular do composto fenólico, mas não no máximo de absorção do composto, em específico do composto fenólico, mas não na absorção máxima do composto, em específico do composto fenólico.

[0024] Em uma realização, o valor que é indicativo da infecção fúngica da planta é dependente da razão da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação. Em particular, o valor é o quociente da radiação de fluorescência induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação dividido pela radiação de fluorescência induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação. De forma vantajosa, a radiação de fluorescência usada por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção dos compostos, em específico, os compostos fenólicos, é usada como referência para dimensionamento. Por meio dessa escala, o valor se tornará independente da distância de medição, da geometria da planta e da concentração de clorofila no tecido vegetal.

[0025] O ácido ferúlico puro tem absorção máxima em cerca de 235 nm e em cerca de 325 nm, e a absorção desaparece em cerca de 400 nm. O ácido coumárico puro tem absorção máxima em cerca de 230 nm e 280 nm e apresenta absorção até cerca de 350 nm. Na forma dissolvida, e ainda mais quando incorporada em uma célula vegetal, essas bandas de absorção mudam fortemente, dependendo do pH, mesmo por 30 nm.

[0026] Portanto, os primeiros comprimentos de onda de excitação estão, em específico, em uma faixa de 200 nm a 400 nm, e os segundos comprimentos de onda de excitação estão em uma faixa de 450 nm a 650 nm. Preferencialmente, os primeiros comprimentos de onda de excitação estão em uma faixa de 350 nm a 400 nm, e mais preferencialmente, é usado radiação de excitação de 365 nm ou 395 nm.

[0027] Em uma realização adicional, a radiação de fluorescência de clorofila a partir da planta é detectada para pelo menos a primeira e segunda medição de comprimentos de onda (comprimentos de onda de clorofila), a dita primeira e segunda medição de comprimentos de onda sendo diferentes. Por exemplo, a primeira medição de comprimento de onda está entre 670 nm e 700 nm, e a segunda medição de comprimento de onda está entre 715 nm e 745 nm. Preferencialmente, nesse caso a radiação de fluorescência detectada é analisada na primeira medição de comprimento de onda em relação à radiação de fluorescência de clorofila detectada na segunda medição de comprimento de onda, através disso determinando a redução de concentração de clorofila na planta.

[0028] De acordo com essa realização, não somente uma alteração do conteúdo de um composto fenólico induzido por uma infecção fúngica é determinada, mas também uma alteração da concentração de clorofila no tecido vegetal. A redução da concentração de clorofila ocorrerá depois da alteração do conteúdo do composto fenólico. No entanto, de acordo com o método para a presente invenção, ambos os efeitos de uma infecção fúngica podem ser determinados por uma somente uma medição usando a radiação de fluorescência de clorofila. Portanto, também pode ser detectado um estágio posterior da infecção fúngica. Não é necessário usar outro detector para determinar alterações visíveis das folhas das plantas induzidas pela redução da concentração de clorofila. Convencionalmente para essa redução da concentração de clorofila é usado um detector para detecção de luz refletida.

[0029] De acordo com uma realização adicional, a radiação de excitação compreende pelo menos quatro diferentes comprimentos de onda de excitação distintos. Neste caso o valor que é indicativo da infecção fúngica da planta é dependente das radiações de fluorescência de clorofila detectadas induzidas por radiação de excitação da dita pelo menos quatro comprimentos de onda de excitação distintos. Por exemplo, o primeiro comprimento de onda de excitação está entre 360 nm e 400 nm, o segundo comprimento de onda de excitação está entre 450 nm e 480 nm, o terceiro comprimento de onda de excitação está entre 510 nm e 530 nm e o quarto comprimento de onda de excitação está entre 585 nm e 630 nm.

[0030] Nota-se que alguns dos comprimentos de onda de excitação estão fora da banda de absorção do composto, em particular o composto fenólico. No entanto, tem-se que esses comprimentos de onda não podem ser usados somente para dimensionamento. Surpreendentemente, tem- se também que radiação de fluorescência de clorofila induzida por comprimentos de onda fora da banda de absorção dos compostos fenólicos pode apontar para uma infecção fúngica da planta. Os comprimentos de onda de excitação de comprimentos de onda mais compridos do que a banda de absorção do composto fenólico também altera a radiação de fluorescência de clorofila de uma planta que tem uma infecção fúngica.

[0031] De acordo com uma realização, a radiação de excitação irradia uma ou mais folhas da planta. Em particular, a planta é irradiada a partir de uma distância maior que 10 cm e menor que 10 m, em específico a distância é maior que 50 cm e menor que 1 m. Nesse caso o método pode ser implementado montando um detector em um veículo como um trator, que se move em um campo com as plantas a serem determinadas. Neste caso, a área medida é grande o suficiente para determinar o grau de infecções fúngicas das plantas quando o trator se desloca pelo campo, mesmo se a luz ambiente também ilumine as plantas. Neste caso, de forma vantajosa a aplicação de um fungicida pode ser realizada ao mesmo tempo dependendo do valor determinado para a infecção fúngica das plantas. De forma vantajosa, o valor determinado pelo método da presente invenção raramente é influenciado por perturbações como a geometria de medição ou luz do sol.

[0032] De acordo com uma realização adicional, a planta é uma grama, em particular, um grão, por exemplo trigo. De acordo com uma realização adicional, a planta pode ter nenhuma ou apenas pouca quantidade de antocianinas.

[0033] A presente invenção ainda fornece um dispositivo de detecção para determinar uma infecção fúngica de uma planta, que compreende uma ou mais fontes de radiação para emissão de radiação de excitação para a planta, a dita radiação compreendendo os primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção de um composto cujo conteúdo na planta é afetado por uma infecção fúngica, e os segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do dito composto, através disso induzindo fluorescência de clorofila. Além disso, o dispositivo de detecção compreende um detector para detectar radiação de fluorescência de clorofila da planta. Além disso, o dispositivo de detecção compreende uma unidade de análise acoplada com o detector para obter um valor indicativo da infecção fúngica da planta. Essa unidade de análise está adaptada para calcular o dito valor em dependência da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação.

[0034] O dito composto cujo conteúdo na planta é afetado pela infecção fúngica é, em particular, um composto fenólico.

[0035] O dispositivo de detecção está especialmente adaptado para realizar um método da presente invenção conforme descrito acima. Ele fornece, portanto, as mesmas vantagens que o método da presente invenção.

[0036] De acordo com uma realização da invenção, o dito dispositivo de detecção é um dispositivo de detecção móvel. O dispositivo de detecção da presente invenção é móvel no sentido de que pode ser transportado por um veículo, em específico, um veículo terrestre como um trator e pode se mover sobre o campo em que as plantas a serem determinadas estão plantadas. De acordo com uma realização da invenção, o dispositivo de detecção não é parte de um avião ou de um satélite.

[0037] De acordo com outra realização, o dispositivo de detecção é parte de um objeto voador, como um avião, um drone, um helicóptero ou um satélite.

[0038] De acordo com uma realização adicional, o dispositivo de detecção não é móvel e é fixado no campo da planta.

[0039] De acordo com uma realização do dispositivo de detecção, o detector compreende um ou mais elementos ópticos que têm uma pupila de entrada no infinito. Em particular, os elementos ópticos são organizados para formar um sistema de lentes telecêntricas. Essa disposição fornece a vantagem de que a área de medição nas plantas é de preferência grande, e que a distância de medição também é grande o suficiente de modo que a detecção possa ser realizada a partir de um trator em movimento sobre o campo. Por exemplo, a área de medição tem um diâmetro na faixa de 5 cm a 50 cm, em específico, de 8 cm a 15 cm. A distância de medição pode ser particularmente maior que 10 cm, em específico, cerca de ou maior que 50 cm. No entanto, a distância de medição é menor que 10 m, em específico, menor que 1 m.

[0040] De acordo com uma realização do dispositivo de detecção, as fontes de radiação são diodos semicondutores que também podem ser chamados de diodos emissores de luz embora a radiação emitida não seja necessariamente luz visível. Em específico, os diodos emissores de luz emitem pelo menos quatro diferentes comprimentos de onda de excitação distintos. Preferencialmente, são fornecidos pelo menos quatro diferentes tipos de diodos emissores de luz, cada tipo de diodos emissores de luz emitem luz em um comprimento de onda distinto. Usando diodos emissores de luz tem-se a vantagem de que a largura de banda do comprimento de onda emitida é, de preferência, estreita e os diodos são disponíveis a baixo custo e têm uma longa vida útil.

[0041] Em uma realização adicional, o detector é adaptado para detectar a radiação de fluorescência de clorofila para pelo menos uma primeira e uma segunda medição de comprimento de onda, as ditas primeira e segunda medições de comprimentos de ondas sendo diferentes. Conforme descrito acima, a medição da radiação de fluorescência de clorofila em dois diferentes comprimentos de onda pode ser analisada de modo que não somente a alteração da concentração ou conteúdo do composto fenólico seja determinado, mas também uma redução potencial da concentração de clorofila no tecido vegetal.

[0042] Além disso, a presente invenção é direcionada a um aparelho para determinar uma infecção fúngica de uma planta que compreende o dispositivo de detecção conforme mencionado acima. Em particular, o aparelho é um veículo. Nesse caso, os veículos devem incluir veículos terrestres como tratores bem como reboques para veículos equipados com um motor de condução, objetos voadores como aviões, helicópteros ou drones bem como satélites.

[0043] De acordo com uma realização adicional, o aparelho é fixado no campo da planta. Por exemplo, o dispositivo de detecção pode ser montado em um tripé. O tripé com o dispositivo de detecção pode ser deixado no campo durante a estação. Além disso, o dispositivo de detecção pode ser adicionado a uma montagem fixa a fim de monitorar a planta durante toda a estação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0044] As realizações da presente invenção são agora descritas com referência às Figuras.

[0045] A Figura 1 mostra esquematicamente a estrutura de uma realização do dispositivo de detecção móvel de acordo com a presente invenção;A Figura 2 mostra a unidade emissora de luz do dispositivo mostrado na Figura 1;A Figura 3 mostra a estrutura das lentes para radiação de entrada do detector do dispositivo mostrado na Figura 1;A Figura 4 mostra um exemplo do sinal detectado por uma realização do dispositivo de detecção;A Figura 5 mostra um diagrama que mostra o quociente de fluorescência determinado e um diagrama que mostra o conteúdo de polifenol das plantas correspondentes;A Figura 6 mostra o desenvolvimento do DNA fúngico conforme determinado por PCR;A Figura 7 mostra um exemplo de uma análise das medições em relação à significância.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0046] Em seguida, a realização do dispositivo de detecção móvel é descrita com referência às Figuras 1 a 3.

[0047] O dispositivo de detecção móvel 1 compreende uma unidade emissora de luz 2. A unidade emissora de luz 2 está adaptada para emitir radiação de excitação 3 na direção de uma planta 14 da qual uma infecção fúngica potencial deve ser determinada. Em particular, a radiação de excitação 3 da unidade emissora de luz 2 irradia uma ou mais folhas da planta 14. A distância D entre as unidades emissoras de luz 2 e a planta 14 podem estar na faixa de 30 cm a 1 m. O diâmetro da mancha irradiada nas folhas da planta 14 é de aproximadamente 10 cm.

[0048] A unidade emissora de luz 2 é mostrada em mais detalhes na Figura 2. A vista frontal da unidade emissora de luz 2 é em forma de anel, enquanto que uma pluralidade de fontes de radiação como diodos emissores de luz 2 é instalada sobre o anel circularmente, conforme mostrado na Figura 2. No exemplo mostrado na Figura 2 são fornecidos 12 diodos emissores de luz no total 15 a 20, em que dois diodos emissores de luz 15 emitem luz de um primeiro comprimento de onda de excitação, dois diodos emissores de luz 16 emitem radiação de um segundo comprimento de onda, dois diodos emissores de luz 17 emitem radiação de um terceiro comprimento de onda, dois diodos emissores de luz 18 emitem radiação de um quarto comprimento de onda, e dois diodos emissores de luz 19 emitem radiação de um quinto comprimento de onda, e dois diodos emissores de luz 20 emitem radiação de um sexto comprimento de onda. O primeiro e segundo comprimentos de onda estão dentro da banda de absorção de um composto fenólico que está presente na planta 14 a ser medida. O terceiro ao sexto comprimentos de onda estão fora da banda de absorção desses compostos fenólicos. No presente caso, o primeiro comprimento de onda é de 365 nm, o segundo comprimento de onda é de 395 nm, o terceiro comprimento de onda é de 455 nm, o quarto comprimento de onda é de 470 nm, o quinto comprimento de onda é de 525 nm e o sexto comprimento de onda é de 625 nm. No entanto, é mencionado que mais ou menos seis comprimentos de onda diferentes podem ser usados como radiação de excitação. No entanto, preferencialmente, são usados pelo menos quatro diferentes comprimentos de onda de excitação distintos. Além disso, podem ser usados mais de 12 diodos emissores de luz 15 a 20 ou menos que 12 diodos emissores de luz.

[0049] Voltando à Figura 1, o dispositivo de detecção móvel 1 ainda compreende uma unidade de controle 4 conectada à unidade emissora de luz 2. A emissão da radiação pelos diodos emissores de luz 15 a 20 é controlada pela unidade de controle 4. Em particular, a unidade de controle 4 pode comutar os diodos emissores de luz 15 a 20 para ligado e desligado separadamente. A unidade de controle 4 inclui um gerador de pulso. Por meio desse gerador de pulso cada diodo emissor de luz 15 a 20 pode ser sucessivamente ligado de modo que somente um comprimento de onda de radiação de excitação distinto seja emitido ao mesmo tempo.

[0050] A radiação de excitação emitida pela unidade emissora de luz 2 induz a radiação de fluorescência que será emitida pelas folhas da planta 14. A radiação de fluorescência 5 que é emitida na direção do dispositivo de detecção móvel 1 é então detectada pelo detector 6. O detector 6 compreende as lentes 7 para a radiação de fluorescência de entrada 5. A lente 7 é colocada dentro da peça em forma de anel da unidade emissora de luz 2, conforme mostrado na Figura 2.

[0051] Os diodos emissores de luz 15 a 20 são ligados e desligados pela unidade de controle 4, de preferência, rápido. A frequência de medição é de cerca de 2 kHz de modo que a radiação de fluorescência 3 seja detectada na prática continuamente. Dentro do período de tempo em que todos os diodos emissores de luz 15 a 20 estão desligados é possível detectar a influência de fontes de radiação ambiente, que podem ser então compensadas.

[0052] O detector 6 ainda compreende fibras ópticas 8 que guiam a radiação de fluorescência de entrada 5 para um feixe divisor 9. A partir do feixe 9 a divisão do feixe de luz é guiada para as fibras ópticas 10-1 e 10-2. Na fibra óptica 10-1 é disposto um primeiro filtro óptico 11-1 e na fibra óptica 10-2 é disposto um segundo filtro óptico 11-2. Os filtros ópticos 11-1 e 11-2 permitem somente a passagem de comprimentos de onda que se referem à radiação de fluorescência de clorofila. No presente caso, o primeiro filtro óptico 11-1 permite passar somente luz de um comprimento de onda de 685 nm e o segundo filtro óptico 11-2 permite passar somente luz de um comprimento de onda de 735 nm. No entanto, a largura à meia altura dos filtros 11-1 e 11-2 é de 20 Nm. Os feixes de luz filtrados são transferidos para uma unidade de digitalização 12. A unidade de digitalização 12 pode ser um osciloscópio digital gerando um sinal digital baseado no desenvolvimento e intensidade do feixe de luz que tem um comprimento de onda de 685 nm e o feixe de luz que tem um comprimento de onda de 735 nm. Esses dados digitais são transferidos para uma unidade de análise 13, que também está conectado à unidade de controle 4.

[0053] Com referência à Figura 3, a lente 7 para radiação de fluorescência de entrada 5 é descrita em detalhes.

[0054] A radiação de entrada 5 passa em primeiro lugar as lentes da câmara 21. Depois das lentes da câmara 21, um filtro de passagem de longa de vidro 22 é disposto para comprimentos de onda na faixa de 645 nm a 1000 nm. Posteriormente, é disposta uma lente telecêntrica 23. Essa lente telecêntrica 23 tem sua pupila de entrada no infinito. Portanto, a radiação 5 pode ser analisada independentemente da distância D entre o dispositivo de detecção móvel 1 e a planta 14 que emite a radiação de fluorescência 5.

[0055] A partir da lente telecêntrica 23 a luz é guiada para as fibras ópticas 8.

[0056] Em seguida, detalhes adicionais do dispositivo de detecção móvel 1 são descritos em conjunto com a descrição de uma realização do método para a presente invenção.

[0057] O dispositivo de detecção móvel 1 é colocado em um trator que conduz sobre o campo em que as plantas 14 estão plantadas. Durante o movimento, a unidade emissora de luz 2 emite radiação de excitação 3 para as plantas 14. Em particular, a unidade de controle 4 controla os diodos emissores de luz 15 a 20 de modo que a radiação de excitação 5 de diferentes comprimentos de onda seja emitida em um ciclo. Esse ciclo é mostrado na Figura 4:

[0058] Nesse caso foi usada uma variação da unidade emissora de luz 2. A unidade emissora de luz 2 não compreende diodos emissores de luz que emitem radiação em seis comprimentos de onda separados, mas diodos emissores de luz que emitem radiação em oito comprimentos de onda diferentes. O ciclo começa com diodos emissores de luz que emitem radiação em um comprimento de onda de 625 nm para um período de tempo específico. Esse diodo emissor de luz é então desligado e outro diodo emissor de luz é ligado, emitindo radiação em um comprimento de onda de 590 nm para o mesmo período de tempo. Em seguida, diodos emissores de luz são sucessivamente ligados, emitindo radiação em 525 nm, em seguida em 470 nm, em seguida em 455 nm e em seguida em 395 nm. Depois, todos os diodos emissores de luz são desligados de modo que nenhuma radiação de excitação seja emitida para o mesmo período de tempo específico. Em seguida um diodo emissor de luz é ligado, emitindo radiação em um comprimento de onda de 365 nm e finalmente o diodo emissor de luz emite radiações em 310 nm. Posteriormente, o ciclo é repetido. Os sinais de controle da unidade de controle 4 também são transferidos para a unidade de análise 13 de modo que a unidade de análise 13 possa comparar a radiação de fluorescência detectada 5 com o comprimento de onda da radiação de excitação 3.

[0059] O detector 6 detecta a radiação de fluorescência de clorofila 3 a partir da planta 14 em dois diferentes comprimentos de onda, especialmente em 685 nm e 735 nm.

[0060] Na Figura 44, o gráfico A4 mostra a radiação de fluorescência de clorofila detectada 3 em 685 nm; o gráfico B4 mostra a radiação de fluorescência de clorofila detectada 3 em 735 nm, em que Y4 a tensão medida U em mV e X4 é o tempo t em ms.

[0061] A unidade de análise 13 então calcula o valor para cada comprimento de onda de radiação de fluorescência detectada. Esse valor é indicativo da infecção fúngica da planta 14 que foi irradiada com a radiação de excitação 3. O valor é dependente da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação de um primeiro comprimento de onda de excitação e a radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação de um segundo comprimento de onda de excitação, em que o primeiro comprimento de onda de excitação está dentro da banda de absorção de um composto fenólico e o segundo comprimento de onda de excitação está fora da banda de absorção de um composto fenólico. No presente caso, o valor é calculado da seguinte forma:

sendo que F685exc625 é o sinal da radiação de fluorescência de clorofila 5 no comprimento de onda de 685 nm, induzido por radiação de excitação 3 no comprimento de onda de 625 nm, e F685exc395 é o sinal da radiação de fluorescência de clorofila 5 detectado no comprimento de onda de 685 nm induzido por radiação de excitação no comprimento de onda de 395 nm. Portanto, o valor V foi normalizado em relação à radiação de excitação 3 com luz vermelha em 625 nm de modo que o valor V é independente da distância de medição D, da geometria da planta 14, e do conteúdo de clorofila.

[0062] A Figura 4 mostra a radiação de fluorescência de clorofila detectada em 685 nm (gráfico A4) e a radiação de fluorescência de clorofila detectada em 735 nm (gráfico B4) para diferentes comprimentos de onda de excitação.

[0063] A Figura 5 mostra o desenvolvimento do coeficiente de fluorescência, em outras palavras o valor V, para radiação de fluorescência de clorofila 5 no comprimento de onda de 685 nm depois de um evento de infecção fúngica.

[0064] Na Figura 5, C5 designa o valor de controle (plantas sadias), AI5 designa os dados para inoculação artificial com Septoria tritici, NI5 designa os dados para inoculação natural. Além disso, X5 designa o dia após um evento de inoculação, Y5-1 designa o quociente de fluorescência V, Y5-2 designa o conteúdo de polifenol (mg/g DM), AI-NI5 designa a diferença entre AI5 e NI5, C-NI5 designa a diferença entre C5 e NI5 e C-AI5 designa a diferença entre C5 e AI5. Finalmente, * designa o nível de significância para um valor-p < 0,05; ** o nível de significância para um valor-p < 0,01, e *** o nível de significância para um valor-p < 0,001.

[0065] Portanto, no diagrama da esquerda, os dados mostram valores de controle para plantas saudáveis bem como valores para uma inoculação artificial e uma natural. Além disso, são mostrados diferentes níveis de significância. No diagrama à direita, é mostrado o correspondente conteúdo real de polifenol. Em ambos os diagramas um ANOVA unidirecional foi realizado com subsequente testes post-hoc de acordo com Tukey. O ANOVA unidirecional é um meio comparativo de dados normalmente distribuídos com homogeneidade de variância. As significâncias entre as três variantes são determinadas de acordo com Tukey como é geralmente conhecido.

[0066] A Figura 6 mostra a concentração de DNA fúngico em folhas de trigo de uma experiência ao ar livre.

[0067] Na Figura 6, X6 designa o dia após o evento de inoculação, Y6 designa o DNA fúngico (estimado com qPCR como quociente relativo ajustado para 1 no dia 0), C6 designa os valores de controle (plantas saudáveis), NI6 designa a inoculação natural e AI6 designa a inoculação artificial com Septoria tritici. Nesse teste foram definidas três variantes: Plantas de controle aplicadas com fungicidas para manter plantas saudáveis, plantas inoculadas artificialmente pulverizadas com esporos de Septoria tritici e plantas inoculadas naturalmente com nenhum tratamento especial. O DNA fúngico foi medido por meio de qPCR e um quociente relativo foi calculado por ajuste do valor medido no dia 0 a 1.

[0068] Pode-se derivar a partir das Figuras 5 e 6 que o dispositivo de detecção móvel 1 pode determinar uma infecção com S. tritici somente duas semanas depois da infecção, em comparação com plantas 14 que não foram infectadas. Além disso, o valor determinado para a infecção fúngica produz uma verificação quantitativa possível, porque o valor mostra quão forte é a infecção. A força da infecção foi ajustada pela intensidade da infecção, período de tempo e foi referenciada para verificações quantitativas com base em medições de HPLC para compostos fenólicos e medições de qPCR para DNA fúngico. Além disso, medições realizadas em uma câmara climática com P. recondite mostram uma semana depois da primeira infecção sinais de detecção distinguíveis em relação às plantas que não foram infectadas.

[0069] Além disso, conforme mencionado acima, a radiação de fluorescência de clorofila 5 é detectada para vários comprimentos de onda de radiação de excitação 3. A análise da radiação de fluorescência de clorofila 5 para diferentes radiações de excitação pode melhorar o significado das diferenças detectadas entre plantas 14 que estão infectadas em relação às plantas 14 que não estão infectadas. Na verdade, a significância pode ser aprimorada, embora, além disso, a radiação de fluorescência 5 é analisada que é induzida por radiação de excitação 3 de comprimentos de onda que estão fora das bandas de absorção de compostos fenólicos. Portanto, a radiação de excitação 3 de comprimentos de onda que estão fora da banda de absorção de compostos fenólicos pode ser usada não somente para normalização do valor V, mas também para melhorar a significância do valor determinado.

[0070] A Figura 7 mostra o desenvolvimento do valor p para o nível de significância em relação ao tempo decorrido após a infecção. Valor p menor significa uma significância maior para a diferenciação entre plantas 14 infectadas e não infectadas. Se o valor p for menor que 0,001, o valor determinado é altamente significativo.

[0071] Na Figura 7, X7 designa o dia após o evento de inoculação, Y7 designa o valor p (escala logarítmica), * designa que o valor p é significativo, ** que o valor p é muito significativo, e *** que o valor p é altamente significativo.

[0072] O gráfico M7 designa a análise multivariada. O gráfico M7 mostra o valor p para uma análise com o uso de seis comprimentos de onda diferentes para a radiação de excitação 3. Por exemplo, um detector 6, conforme mostrado na Figura 2 pode ser usado para essas medições. Além disso, o gráfico U7 designa a análise univariada. Nesse caso, somente a radiação de excitação 3 do comprimento de onda de 395 nm foi usada. Pode- se observar a partir da Figura 7 que no caso da análise de seis diferentes comprimentos de onda para a radiação de excitação 3, o valor p é altamente significativo, antes do que no caso da análise de somente um comprimento de onda para a radiação de excitação 3. É mencionado que em qualquer caso a normalização foi usada com base na radiação de excitação 3 com luz vermelha (625 nm). Por último, o gráfico R7 designa a análise univariada para controle. Neste caso uma faixa de controle com plantas saudáveis foi usada para o cálculo da diferença entre plantas saudáveis e infectadas em cada parcela.

[0073] É assumido que depois de uma infecção fúngica de uma planta 14 acontece o seguinte: O fungo infiltra as folhas da planta 14. Em resposta a essa infiltração, o conteúdo de compostos fenólicos nas folhas da planta 14 aumenta. Esse aumento do conteúdo dos compostos fenólicos pode ser medido de acordo com o método para a presente invenção por radiação de fluorescência de clorofila induzida por um aumento dos valores V calculados pela unidade de análise 13, conforme descrito acima.

[0074] Além disso, conforme descrito acima, a radiação de fluorescência de clorofila 5 é detectada em dois comprimentos de onda separados. Se os sinais detectados nesses diferentes comprimentos de onda são analisados na unidade de análise 13, a razão dos sinais pode ser usada para determinar a concentração de clorofila no tecido vegetal. De fato, a concentração de clorofila pode ser determinada como autoabsorção que ocorre na camada de clorofila estreitamente empacotada da folha da planta 14 e a mudança da radiação de fluorescência de clorofila 5 no sentido de comprimentos de onda mais longos em relação à absorção. Portanto, a radiação de fluorescência de clorofila 5 que tem um maior comprimento de onda de 735 nm, aumenta em relação à radiação de fluorescência de clorofila em um comprimento de onda menor de 685 nm. Portanto, a razão da radiação de fluorescência de clorofila 5 em dois comprimentos de onda diferentes pode ser usada para a detecção da redução da concentração de clorofila no tecido vegetal em uma fase posterior da infecção fúngica.

[0075] É mencionado que a presente invenção não está limitada à realização descrita acima. Por exemplo, o primeiro comprimento de onda de excitação pode estar dentro da banda de absorção de um composto específico cujo conteúdo na planta é afetado por uma infecção fúngica em vez dos composto fenólico. Do mesmo modo, o segundo comprimento de onda de excitação pode ser usado, que está fora da banda de absorção desse composto.

[0076] De acordo com outra realização, as fontes de radiação podem iluminar radiação eletromagnética para a planta e filtrar essa radiação eletromagnética iluminada para o primeiro e segundo comprimentos de onda de excitação. Alternativamente, um sensor hiperespectral pode ser usado em vez da dita filtragem e somente as bandas com o comprimento de onda necessário podem ser usadas para a análise.

[0077] Além disso, de acordo com outra realização, o dispositivo de detecção 1 não está fixo a um trator, mas a um drone, um avião ou similares. Além disso, o dispositivo de detecção 1 pode não ser móvel, mas fixo ao campo. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA1 dispositivo de detecção móvel2 unidade de emissão de luz3 radiação de excitação4 unidade de controle5 radiação de fluorescência6 detector7 óptica para radiação de entrada8 fibra óptica9 divisor de feixe10-1, 10-2 fibra óptica11-1, 11-2 primeiro e segundo filtros ópticos12 unidade de digitalização13 unidade de análise14 planta15 primeiro diodo de emissão de luz16 segundo diodo de emissão de luz17 terceiro diodo de emissão de luz18 quarto diodo de emissão de luz19 quinto diodo de emissão de luz20 sexto diodo de emissão de luz21 lentes da câmera22 filtro de passagem de longa23 lente telecêntrica

Claims

1. MÉTODO PARA DETERMINAR UMA INFECÇÃOFÚNGICA QUE AFETA O TEOR DE UM COMPOSTO FENÓLICO DE UMA PLANTA, compreendendo determinar a mudança no teor de um composto fenólico de uma planta, caracterizado por compreender:- fornecer radiação de excitação por uma ou mais fontes de radiação para a planta, cuja dita radiação compreende os primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção do composto fenólico e segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do dito composto fenólico, induzindo assim a fluorescência de clorofila;- detectar a radiação de fluorescência de clorofila da planta; e- obter uma variação de um valor que é indicativo para a infecção fúngica da planta, cujo dito valor é dependente da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela dita emissão de radiação de excitação incluir iluminação de radiação eletromagnética para a planta e filtragem da dita radiação eletromagnética iluminada para os ditos primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção do composto cujo conteúdo na planta é afetado pela infecção fúngica e para os ditos segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do dito composto.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo valor ser dependente da razão da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelos ditos primeiros comprimentos de onda de excitação estarem em uma faixa de 200 nm a 400 nm e os ditos segundos comprimentos de onda de excitação estarem em uma faixa de 450 nm a 650 nm.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopela primeira medição de comprimento de onda estar entre 670 nm e 700 nm, e a dita segunda medição de comprimento de onda estar entre 715 nm e 745 nm.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela radiação de fluorescência de clorofila da planta ser detectada por pelo menos uma primeira e segunda medições de comprimentos de onda, cujas primeira e segunda medições de comprimentos de onda são diferentes.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopela análise da radiação de fluorescência de clorofila detectada na primeira medição de comprimento de onda em relação à radiação de fluorescência de clorofila detectada na segunda medição de comprimento de onda determinar assim a redução de concentração de clorofila no tecido vegetal.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela dita radiação de excitação compreender pelo menos quatro comprimentos de onda de excitação discretos distintos e em que o dito valor é dependente das radiações de fluorescência de clorofila detectadas induzidas por radiação de excitação dos ditos quartos comprimentos de onda de excitação discretos.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela radiação de excitação radiar uma ou mais folhas da planta.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela planta ser irradiada a partir de uma distância de mais de 10 cm e menos de 10 m.

11. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO, para determinar uma infecção fúngica que afeta o conteúdo de um composto fenólico de uma planta, caracterizado por compreender:- uma ou mais fontes de radiação para fornecer radiação de excitação para a planta, cuja dita radiação compreende os primeiros comprimentos de onda de excitação que estão dentro da banda de absorção do composto fenólico e segundos comprimentos de onda de excitação que estão fora da banda de absorção do dito composto fenólico, induzindo assim a fluorescência de clorofila;- um detector compreendendo um ou mais filtros ópticos que apenas liberam a passagem de comprimentos de onda relacionados a radiação de fluorescência de clorofila para detectar a radiação de fluorescência de clorofila da planta; e- uma unidade de análise acoplada ao detector para obter uma variação do valor que é indicativo para a infecção fúngica da planta, cuja dita unidade de análise é adaptada para calcular o dito valor dependente da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos primeiros comprimentos de onda de excitação e da radiação de fluorescência de clorofila detectada induzida por radiação de excitação dos segundos comprimentos de onda de excitação.

12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo detector compreender um ou mais elementos ópticos que têm uma pupila de entrada no infinito.

13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos ditos elementos ópticos serem dispostos para formar um sistema de lentes telecêntricas.

14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelas fontes de radiação serem diodos emissores de luz.

15. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelos diodos emissores de luz emitirem pelo menos quatro comprimentos de onda de excitação diferentes.

16. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo detector ser adaptado para detectar a radiação de fluorescência de clorofila para pelo menos uma primeira e segunda medições de comprimento de onda, cujas ditas primeira e segunda medições de comprimentos de onda são diferentes.

17. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo dito dispositivo de detecção ser um dispositivo de detecção móvel.

18. APARELHO PARA DETERMINAR UMA INFECÇÃO FÚNGICA DE UMA PLANTA, caracterizado por compreender o dispositivo de detecção, conforme definido na reivindicação 11.

19. APARELHO, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo dito aparelho ser um veículo ou um satélite.

20. APARELHO, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo dito aparelho ser fixado no campo da planta.