JP2022538020A - 自動胞子トラップ - Google Patents
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Abstract
本発明は、汚染葉（１）を収容するように適合された貯留部と、電子検出装置（２）とを備える胞子トラップ装置であって、電子検出装置が、吸引管と、光学チャンバと、高純度フィルタと、空気ポンプとを含み、また、吸引管が、汚染葉の近傍の空気を吸引して光学チャンバに送るように適合され、光学チャンバが、１つ以上の光源と、光散乱強度、角度パターン、時間分解能信号又はこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、並びに胞子によって発生する蛍光強度、スペクトル、減衰若しくはこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを検出するように適合された１つ又は複数の光学検出器と、を含むことを特徴とする、胞子トラップ装置に関する。本胞子トラップ装置は、真菌関連病害から保護する必要のある植物（３）の近傍に設置されるべきである。
Description
本発明は胞子モニタリングに関し、より詳細には、胞子捕捉及びモニタリングのための装置並びに方法に関する。
真菌胞子、とりわけ樹木栽培、園芸及びブドウ栽培において葉や果実を汚染するものによる経済的影響は、莫大なものになる。それらは作物の品質に影響を及ぼし、また、特定の病原体による損失は、適切に防止しなければ最大８０％になり得る。
このような真菌胞子増殖を防止するためには、胞子の活性をモニタリングする必要がある。
現行の胞子モニタリングの方法は、予測方法と事後分析（サンプリング）方法とから構成される主に２つの群に分けることができる。
この第１の群は、現在の気象値、履歴データ、及び高度なアルゴリズムを使用した、通常ソフトウェアとして配布される予測モデルを含む。これらのモデルは、好条件下にあることや、十分な成熟度に達していることに起因して起こる、子嚢胞子の１時間当たりの放出予測を提供する。様々なソフトウェアソリューションが考案され、また世界中で広く販売されている。これらのソリューションの主な利点は、迅速かつ概して過剰に保護を重視する応答をもたらすことである。実際、そのようなソフトウェアプログラムは通常、気象条件が適切である場合は常時、例えば降雨の直後に胞子の放出を予測する。つまり、りんご黒星病などの植物病害から保護される可能性が最も高いのは、そのようなモデルの予測に従う農業従事者だということである。同時に、警告が真であるか偽であるかを迅速に検証する確実な方法が存在しないため、これらのソフトウェアソリューションが過剰予測の側面を有することは、樹木栽培業者、園芸業者、及びブドウ栽培業者が、自身の栽培地を肥料や殺虫剤で過剰処理しなければならないという事実をももたらしている。このことは、当該植物のみならず最終消費者に対しても害を及ぼす、極端な過剰処理を招いている。
当該方法における第２の群では、手動手法又は自動手法によってさらに分析されることになる媒体上の空気をサンプリングする機器を、すべて組み合わせている。そのような方法の一例には、セロハンテープを空気流にさらす機構を有する従来型のＭａｒｃｈｉ式胞子トラップがあり、このセロハンテープはその後、有資格者によって顕微鏡下で分析される。別の例としては、サンプリングされる媒体上又は水中の空気を収集し、次いでＰＣＲ法、ＤＮＡ配列解析、標的マーカ及び蛍光検出などによってその空気を分析するラボオンチップ法又は分子法がある。これらの方法はすべて、サンプル収集、作業者、そして事後分析を必要とし、その結果として応答の遅延を招く。また、このような方法を実行して子嚢胞子や分生子の放出のモニタリングを良好な気象条件下で継続的に行うと、たとえ数日間で行った場合でも、モニタリングには非常に費用がかかり、その上スケーラブルとはならない。
したがって、そのような信頼性が高く応答性のある新たな胞子モニタリング装置及び方法が必要とされている。
このような点から、本発明の主な目的は上記の課題を解決することであり、より詳細には、信頼性の高い測定を短期間内に実現し、それによって胞子の過剰処理及び増殖の両方を防止するように適合された、迅速かつ確実な胞子モニタリングを提供する装置及び方法を提供することである。
本発明により、上記課題が解決される。より具体的には、本発明の方法及び装置は、当該真菌胞子を自動的に追跡し、上記当該真菌胞子の濃度レベルが過剰であることについて、関係者に警告するように適合されている。これにより、りんご黒星病、べと病及びうどんこ病、ボトリチス又は他の菌類病原体などの植物病害を、より効果的に予防できるようになる。
このような点から、本発明の第１の態様は、対象となる農業植物（樹木又は他のタイプ）の汚染葉と、ポンプを備えた吸引機構と、個々の空中浮遊粒子に対して、好ましくはレーザ又はレーザダイオードなどの光散乱を誘導するための第１の光源と、信号を取得し、読取り電子装置に結合され、かつ、好ましくは１つ又は複数のＵＶ ＬＥＤあるいは１つ又は複数のレーザなどの誘導蛍光を励起するために第２の光源を起動させる多角度光散乱検出器と、読取り電子装置に結合された、スペクトル分解能光センサとを備える測定装置である。
有利には、本装置は、胞子が検出された場合に、胞子が検出されたという信号をユーザに対して送信するように適合された、警告システムをさらに備える。
好ましくは、これらの汚染葉は、過去に、好ましくは前季以降に、対象植物から落下した葉であるため、これらの葉は、同じ気象条件下にある圃場に存在するものと同じ真菌を有し、かつそれと同じ胞子を放出することになる。
本装置が、好ましくは対象圃場で、又は同じ気象条件となるように、この圃場の隣で使用されている場合、また、本装置内の汚染葉、又はより具体的にはこれらの汚染葉上の真菌が胞子を形成して放出したことを本装置が検出するとき、本装置内で胞子が検出されたことと、その結果として、対象圃場でも同じことが発生している危険性があることとを、本装置がユーザに警告することになる。
これらの葉は、好ましくは互いに隣り合って平坦に、さらにより好ましくは１×１ｍ以上の表面を覆うように並べられる必要があり、また測定部は、これらの葉の上又はすぐ隣に設置される必要がある。
有利には、これらの葉は、地面に存在する蠕虫や昆虫がそれらを破壊するのを防止するために、蚊帳のような小さな区画からなる金属グリッドの間に配置される必要がある。
好ましくは、多角度光散乱検出器は、少なくとも４つの散乱角を網羅していなければならない。
好ましい一実施形態によれば、この多角度光散乱検出器は、適時に散乱痕跡を取得しなければならず、これは、各粒子の通過が時間的に記録され、かつ分解される必要があることを意味している。当該電子装置の取得速度は、１秒当たり及び１チャネル当たり、少なくとも１メガサンプルとなる必要がある。
有利には、スペクトル分解能光センサは、少なくとも４つの波長範囲（蛍光帯域）を網羅している。
本発明の第２の態様は、対象圃場で胞子が放出されているという情報をユーザに提供する方法であって、第１の態様の装置が対象圃場と同じ気象条件となるように、対象圃場内又は対象圃場の近傍に本装置を設置するステップと、胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、対象胞子を検出すると、これらの対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、方法である。
本発明の第３の態様は、第１の態様の装置が対象圃場と同じ気象条件となるように、対象圃場内又は対象圃場の近傍に本装置を設置するステップと、胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、対象胞子を検出すると、これらの対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、第１の態様の装置の使用に関する。
本発明のさらなる特定の利点及び特徴は、添付の図面を参照することになる、本発明の少なくとも１つの実施形態における以下の非限定的な記載から、より明らかになるであろう。
本発明の第１の実施形態による自動胞子トラップを示す図である。
本発明の第２の実施形態による自動胞子トラップを示す図である。
本発明の第３の実施形態による自動胞子トラップを示す図である。
対象圃場内又はその近傍で使用されている本発明の装置を示す図である。
一実施形態のいかなる特徴も、異なる実施形態の他のあらゆる特徴と有利な方法で組み合わされてもよいため、ここでの詳細な説明は、非限定的な方法で本発明を例示することを意図するものとする。
図１は、本発明の好ましい実施形態である、対象植物の汚染葉１の貯留部を含む自動胞子トラップに関する、本発明の第１の態様を示しており、これらの汚染葉１は、前年、好ましくは前季中に収集され、本トラップによって保護する必要のある植物又は栽培地の近傍で、当該季中に維持される。
これらの葉の数は、少なくとも１００枚であることが好ましく、また、これらの葉の各々又は大部分は、病害の痕跡（特徴的な傷、色の変化、白い網目状の被膜など）を示している。これらの葉は、虫の侵入を防止する、２つの小さな区画グリッド間に配置される必要がある。
本トラップは、図１及び図２に示すようにこれらの葉の上に、又は図３に示すようにこれらの葉のすぐ隣に設置された、電子装置３をさらに含む。この装置は、吸気口又は吸引管２と、２つの測定段、即ち光散乱及び蛍光から構成される光学チャンバと、高純度フィルタ１０と、空気ポンプ１１と、を含む。この吸気口又は吸引管は、空気ポンプによって、葉貯留部付近に、又はこれらの葉の直上にある空気を吸引している。そのような管又は吸引口及び吸気流は、有意量の胞子が積み重なることも、跳ね返ることもなく通過することができる通過路を提供するような幾何学的形状になっている。必要とされる効率、即ち通過対全比は、測定対象の病原性真菌胞子、子嚢胞子及び／又は分生子の典型的な放出数、並びに検出チャンバの信号対雑音比に応じて定義されるべきである。
この検出チャンバは、光散乱強度、角度パターン、時間分解能信号、又はこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、若しくは／及び蛍光強度、スペクトル、減衰、又はこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つの誘導及び検出を行うために、貫通した吸気口又は管によって空気が吸引され、かつ１つ又は複数のレーザ若しくは／及びフラッシュランプ、ＬＥＤ、レーザダイオード、あるいは他の光源６及び９と、光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又はその他の７及び８などの１つ又は複数の光学検出器を使用している光学装置である。
本装置を通過する個々の粒子は、光散乱を誘導する１つ又は複数の光源と、蛍光を誘導する１つ又は複数の光源との両方に曝露されている。次いで、光散乱パターン及び蛍光スペクトルが取得され、その後光散乱パターン、蛍光スペクトル、蛍光減衰曲線などのパラメータのセットにまとめられる。次いで、これらのパラメータを使用して、各粒子の指紋が形成される。検査対象の病原体の識別は、１つ又は複数の既知の病原体から得られる典型的な信号を、現時点で検出されている粒子と比較する、人工ニューラルネットワーク、勾配ブースティング決定木、ランダムフォレストなどの特別に適合された機械学習アルゴリズムを適用することによって行われる。既知の病原体について学習するためには、本装置を較正する必要があり、これは即ち、他の粒子のバックグラウンドが低い所与の病原体に曝露することを意味する。この機械学習アルゴリズムは、典型的には分類器のタイプであり、これは即ち、これらのアルゴリズムで未知の生データにラベルを帰属させ、そのような較正を行った複数の指紋でこれらが訓練されることを意味する。
有利には、本装置は、胞子が検出された場合に、胞子が検出されたという信号をユーザに対して送信するように適合された、警告システムをさらに備える。
前述のように、好ましくは、これらの汚染葉は、過去に、好ましくは前季以降に、対象植物から落下した葉であるため、これらの葉は、同じ気象条件下にある圃場に存在するものと同じ真菌を有し、かつそれと同じ胞子を放出することになる。本装置が、好ましくは対象圃場で、又は同じ気象条件となるように、この圃場の隣で使用されている場合、また、本装置内の汚染葉、又はより具体的にはこれらの汚染葉上の真菌が胞子を形成して放出したことを、上記の検出チャンバによって本装置が検出するとき、本装置内で胞子が検出されたことと、その結果として、対象圃場でも同じことが発生している危険性があることとを、本装置がユーザに警告することになる。
これらの結果の報告は、ほぼ即時に行われる。これらの結果は、偽陽性率、偽陰性率、精度及びリコールなどの標準的な統計値によって定量化される。これらの結果は、オンラインダッシュボード又はモバイルアプリケーションなどのリモート・ユーザ・インターフェースに連続的に送信される。この警報レベルは、病原体のタイプ、及び汚染につながる典型的な濃度に応じて定義される。
本発明はまた、対象圃場で胞子が放出されているという情報をユーザに提供する方法であって、上記装置が当該圃場と同じ気象条件となるように、当該圃場内又は当該圃場の近傍に上記装置を設置するステップと、胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、対象胞子を検出すると、これらの対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、方法に関する。
本発明はまた、上記装置が対象圃場と同じ気象条件となるように、当該圃場内又は当該圃場の近傍に上記装置を設置するステップと、胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、対象胞子を検出すると、これらの対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、上記装置の使用に関する。
これらの実施形態について、いくつかの実施形態と併せて説明してきたが、多くの代替形態、修正形態、及び変形形態が当業者には明らかとなり得るか、又は明らかであることは明白である。したがって、本開示は、本開示の範囲内にあるそのようなすべての代替形態、修正形態、同等形態、及び変形形態を包含しているものとする。これには例えば、使用できる様々な装置、様々なタイプの樹木又は植物若しくは圃場あるいは真菌胞子又は細菌胞子などについて、とりわけ該当する。
Claims (13)
- 汚染葉を収容するように適合された貯留部と、電子検出装置とを備える胞子トラップ装置であって、前記電子検出装置が、吸引管と、光学チャンバと、高純度フィルタと、空気ポンプとを含み、また、前記吸引管が、前記汚染葉の近傍の空気を吸引して前記光学チャンバに送るように適合され、前記光学チャンバが、１つ以上の光源と、光散乱強度、角度パターン、時間分解能信号又はこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、並びに前記胞子によって発生する蛍光強度、スペクトル、減衰若しくはこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを検出するように適合された１つ又は複数の光学検出器と、を含むことを特徴とする、胞子トラップ装置。
- 前記装置が、胞子が検出された場合に、胞子が検出されたという信号をユーザに対して送信するように適合された、警告システムをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の胞子トラップ装置。
- 前記吸引管が、測定対象の病原性真菌胞子、子嚢胞子の典型的な放出数、並びに検出チャンバの信号対雑音比に応じて、有意量の胞子が積み重なることも、跳ね返ることもなく通過することができる通過路を提供するような幾何学的形状になっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の胞子トラップ装置。
- 前記１つ以上の光源が、１つ又は複数のレーザ、フラッシュランプ、ＬＥＤ及び／又はレーザダイオードを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記１つ又は複数の光学検出器が、光電子増倍管、フォトダイオード及び／又はアバランシェフォトダイオードなどの１つ又は複数の光学検出器を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記葉が、互いに隣り合って平坦に、１×１ｍ以上の表面を覆うように並べられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記葉が、小さな区画からなる金属グリッドの間に配置されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記多角度光散乱検出器が、少なくとも４つの散乱角を網羅していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記多角度光散乱検出器が、各粒子の通過が時間的に記録され、かつ分解されるように、適時に散乱痕跡を取得していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記電子装置の取得速度が、１秒当たり及び１チャネル当たり、少なくとも１メガサンプルとなる必要があることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 前記スペクトル分解能光センサが、少なくとも４つの波長範囲（蛍光帯域）を網羅していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の胞子トラップ装置。
- 対象圃場で胞子が放出されているという情報をユーザに提供する方法であって、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置が前記圃場と同じ気象条件となるように、前記対象圃場内又は前記対象圃場の近傍に請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置を設置するステップと、前記胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、前記対象胞子を検出すると、前記対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、方法。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置が前記対象圃場と同じ気象条件となるように、前記対象圃場内又は前記対象圃場の近傍に請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置を設置するステップと、前記胞子の検出をリアルタイムで実行するステップと、前記対象胞子を検出すると、前記対象胞子を検出したことを示す警告信号又は情報信号をユーザに送信するステップと、から構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置の使用。
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