專利名稱：分析農(nóng)產(chǎn)品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析農(nóng)產(chǎn)品的裝置和方法，更具體地，本發(fā)明涉及用于一個(gè)或多個(gè)種子的物理和化學(xué)特性的實(shí)時(shí)、無(wú)損分析的裝置和方法。
背景技術(shù)：
組成上提高的農(nóng)產(chǎn)品育種可能需要分析大量來(lái)自植物的種子樣品，以確定具有希望的組成和農(nóng)業(yè)學(xué)性質(zhì)的植物，供使用或發(fā)展到下一代。在單一植物或穗上對(duì)于某些特性如高油量或高蛋白質(zhì)量分析散裝種子批次與合適的育種方法(如輪回篩選)相結(jié)合，常?？梢韵蛏唐贩N群中篩選或引入這樣的特性。雖然這些種子批次的分析可以通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)行，但是通常使用快速、低成本和無(wú)損的方法。
在過(guò)去10年中，近紅外(NIR)光譜已經(jīng)變成篩選種子樣品的標(biāo)準(zhǔn)方法，只要感興趣的樣品可以使用這種技術(shù)。所研究的樣品包括小麥、玉米、大豆、菜籽(canola)、稻、苜蓿、燕麥等(參見(jiàn)例如Massie和Norris，“Spectral Reflectance and Transmittance Properties ofGrain in the Visible and Near Infrared”，Transactions of theASAE，Winter Meeting of the American Society of AgriculturalEngineers，1965，第598-600頁(yè)，其整體引入本文作為參考)。NIR光譜使用通常在770-2,500納米范圍內(nèi)的近紅外光，獲得有機(jī)官能團(tuán)O-H、C-H和N-H的基本振動(dòng)頻率的譜波(overtone)和組合。測(cè)量這樣的光的裝置是本領(lǐng)域已知的(參見(jiàn)例如Hyvarinen等人的“DirectSight Imaging SpectrographA Unique Add-on Component BringsSpectral Imaging to Industrial Applications”，SPIE Vol.3，302，1998，Burns和Ciurczak編輯的“Handbook of Near-InfraredAnalysis”，Marcel Dekker，Inc.1992，這兩篇文獻(xiàn)整體引入本文作為參考)。
通常測(cè)定與一批種子相關(guān)的NIR光譜(例如常常使用能保持100顆種子的比色皿。這種測(cè)定可以與樣品的傳統(tǒng)化學(xué)分析相結(jié)合，以提供額外的數(shù)據(jù)并建立化學(xué)統(tǒng)計(jì)校準(zhǔn)模型。通常對(duì)于一些特性建立化學(xué)統(tǒng)計(jì)校準(zhǔn)模型，這些特性包括但不限于油、淀粉、水、纖維、蛋白質(zhì)、可提取的淀粉、葉綠素、glucosinolate和脂肪酸(參見(jiàn)例如Archibald等人的“Development of Short-Wavelength Near-InfraredSpectral Imaging for Grain Color Classification”，SPIE Vol.3，543，1998，第189-198頁(yè)；Delwiche，“Single Wheat KernelAnalysis by Near-Infrared TransmittanceProtein Content”，Analytical Techniques and Instrumentation，Vol.72，1995，第11-16頁(yè)；Dowell的“Automated Color Classification of SingleWheat Kernels Using Visible and Near-Infrared Reflectance”，Vol.75(1)，1998，第142-144頁(yè)；Orman和Schumann的”Comparisonof Near-Infrared Spectroscopy Calibration Methods for thePrediction of Protein，Oil，and Starch in Maize Grain”，Vol.39，1991，第883-886頁(yè)；Robutti的”Maize Kernel HardnessEstimation in Breeding by Near-Infrared TransmissionAnalysis”，Vol.72(6)，1995，第632-636頁(yè)；美國(guó)專利5,991,025；美國(guó)專利5,751,421；Daun等人的”Comparison of ThreeWhole Seed Near-Infrared Analyzers for Measuring QualityComponents of Canola Seed”，Vol.71，No.10，1994，第1,063-1,068頁(yè)；Watson和Ramstad編的“CornChemistry andTechnology”，American Association of Cereal Chemists，Inc.，(1987)，這些文獻(xiàn)全部整體引入本文作為參考)?；瘜W(xué)統(tǒng)計(jì)模型的開(kāi)發(fā)然后可以用來(lái)使用NIR光譜預(yù)測(cè)未測(cè)試樣品的化學(xué)特性，而無(wú)需額外的傳統(tǒng)化學(xué)分析。
已經(jīng)報(bào)告了散裝樣品(粉碎的或整體的)的NIR分析(參見(jiàn)例如Orman和Schumann的”Comparison of Near-Infrared SpectroscopyCalibration Methods for the Prediction of Protein，Oil，andStarch in Maize Grain”，Vol.39，1991，第883-886頁(yè)；Robutti的”Maize Kerne Hardness Estimation in Breeding by Near-Infrared Transmission Analysis”，Vol.72(6)，1995，第632-636頁(yè)；美國(guó)專利5,991,025；美國(guó)專利5,751,421；Daun等人的“Comparison of Three Whole Seed Near-Infrared Ahalyzers forMeasuring Quality Components of Canola Seed”，Vol.71，No.10，1994，第1,063-1,068頁(yè)，這些文獻(xiàn)全部整體引入本文作為參考)。散裝谷物分析的傳統(tǒng)商品NIR分光儀有若干缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的分光儀設(shè)計(jì)用于通常遠(yuǎn)離育種現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，并且在溫度、濕度和振動(dòng)的受控條件下。此外，分光儀需要額外的樣品處理。樣品必須被收割、送到育種設(shè)備中、脫粒、裝包、貼標(biāo)簽，并送到NIR實(shí)驗(yàn)室中用于分析。在NIR實(shí)驗(yàn)室中，樣品必須登記、從樣品袋中取出、倒入樣品比色皿、用NIR分光儀掃描、返回到原來(lái)的樣品袋中，并送回育種設(shè)備中。所得的NIR數(shù)據(jù)必須匯集到最終的報(bào)告中、評(píng)述任何異常、并送回到育種人員，育種人員然后基于NIR分析結(jié)果對(duì)樣品進(jìn)行定位和分選。額外的樣品處理增加了分析的時(shí)間和成本。
目前的NIR基方法不僅不方便和昂貴，并且緩慢。數(shù)據(jù)處理時(shí)間可能是極其重要的，因?yàn)楹线m的種子的篩選應(yīng)當(dāng)在下一代的種植時(shí)間之前進(jìn)行。為育種人員提供分析結(jié)果或返回樣品的延誤可能導(dǎo)致整個(gè)育種周期的損失。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的獲得和分析速度跟不上可以操作的加工裝置的速度。例如，單穗脫粒機(jī)每分鐘可以加工15穗玉米。目前的NIR商品分光儀以每1-2分鐘約一個(gè)樣品的速度操作。處理的分光儀速度通常是分析過(guò)程中的限制步驟。
傳統(tǒng)的光譜儀從從全部樣品的亞組中收集信息。商品分光儀在1點(diǎn)或有效區(qū)域小的數(shù)十個(gè)點(diǎn)收集光，這導(dǎo)致僅有小部分樣品最終被該技術(shù)分析(interrogate)。在散裝樣品中，例如，傳統(tǒng)技術(shù)可能導(dǎo)致散裝樣品中數(shù)百個(gè)種子中只有少數(shù)種子的部分被局部取樣。此外，由于散裝樣品的局部取樣分析種子的任意部分，分析數(shù)據(jù)可能誤報(bào)樣品中種子的不同組織。由于品質(zhì)(如油含量)在不同組織中常常以不同的量存在，所以這些傳統(tǒng)技術(shù)可能不能準(zhǔn)確評(píng)定希望的質(zhì)量。這些局限性牽涉到具有傳統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)的分光儀，在這些分光儀中，透鏡系統(tǒng)從樣品收集光；以及使用光纖束從樣品收集光的那些分光儀。此外，由于使用離散的不相關(guān)取樣點(diǎn)，損失了與樣品相關(guān)的空間信息?？臻g信息(其例如可以用來(lái)確定形貌)由例如尺寸、形狀、機(jī)械損傷、蟲(chóng)害、和真菌傷害組成。由于傳統(tǒng)的分光儀根本不收集空間信息，空間和光譜數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是不可能的。
傳統(tǒng)的分光儀還不能提供單個(gè)種子分析的有效方法，單個(gè)種子分析可能會(huì)大大加速品種開(kāi)發(fā)的速度。為了區(qū)分和篩選不同種類種群的種子內(nèi)存在的種子，單個(gè)種子分析是需要的。在育種種群中經(jīng)常遇到不同種類種群的種子。單個(gè)種子分析可以減少生產(chǎn)具有希望特性的植物所需的代數(shù)。單個(gè)種子篩選還可以減少所需的個(gè)體植物的數(shù)量。例如，在玉米中，在單個(gè)種子水平而不是整個(gè)穗的水平上確定具有希望特性的個(gè)體種子的能力可以減少苗圃需求100倍。這使得可以用相同的資源進(jìn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)更大數(shù)量的育種計(jì)劃。
也已經(jīng)報(bào)告了單個(gè)種子的NIR分析(參見(jiàn)Delwiche的”SingleWheat Kernel Analysis by Near-Infrared TransmittanceProteinContent”，Analytical Techniques and Instrumentation，Vol.72，1995，第11-16頁(yè)，Dowell的”Automated Color Classificationof Single Wheat Kernels Using Visible and Near-InfraredReflectance”，Vol.75(1)，1998，第142-144頁(yè)，Dowell等人的”Automated Single Wheat Kernel Quality Measurement UsingNear-Infrared Reflectance”，ASAE Annual InternationalMeeting，1997，文章編號(hào)973022，這些文獻(xiàn)全部整體并入本文作為參考)。但是，這些方法測(cè)量來(lái)自整個(gè)種子的光，以計(jì)算平均強(qiáng)度，所以不能提供關(guān)于在整個(gè)種子平均值以外的關(guān)于單個(gè)種子的信息。
其它傳統(tǒng)的分析技術(shù)，如氣相色譜法，通常也不能提供單個(gè)種子分析的有效方法。例如，用于菜籽的單個(gè)種子分析的傳統(tǒng)方法需要手工切除每個(gè)種子的一半，用于用氣相色譜進(jìn)行的脂肪酸分析，并栽培另一半。由于手工樣品制備和該分析技術(shù)的低處理能力，使用這種方法，每小時(shí)只能測(cè)試少數(shù)樣品。
雖然單個(gè)種子分析是希望的，但是傳統(tǒng)的分光儀和取樣方法不能進(jìn)行單個(gè)種子的有效處理。傳統(tǒng)的技術(shù)需要大量手工投入，這限制了具有改善特性的植物的開(kāi)發(fā)速度。
傳統(tǒng)的光譜測(cè)定分析技術(shù)不能進(jìn)行在種子的不同組織內(nèi)的化學(xué)成分含量的定位。傳統(tǒng)方法，例如種子的手工解剖，然后通過(guò)傳統(tǒng)分析技術(shù)進(jìn)行化學(xué)分析，不僅是艱苦的和破壞性的，而且它們導(dǎo)致成分的分辨率低且定量性差，因?yàn)榈米詡€(gè)體種子解剖的樣品尺寸小于大多數(shù)傳統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)生可靠結(jié)果的樣品尺寸。
一些傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)使用可調(diào)節(jié)的濾波器把來(lái)自樣品的光限制到單一的波長(zhǎng)，來(lái)同時(shí)使整個(gè)樣品成像(參見(jiàn)Archibald等人的”Development of Short-Wavelength Near-Infrared SpectralImaging for Grain Color Classification”，SPIE Vol.3，543，1998，第189-198頁(yè)，其整體并入本文作為參考)。這種方法具有有限的有效性，因?yàn)闃悠返木鶆蛘丈涫请y以獲得的。樣品的不均勻照射導(dǎo)致具有低圖像質(zhì)量的區(qū)域，這限制了得自該系統(tǒng)的任何信息的精確性。此外，可調(diào)節(jié)濾波器的使用是費(fèi)時(shí)的，其明顯減慢分析過(guò)程。
本領(lǐng)域中需要的是散裝種子和單個(gè)種子的快速分析的裝置和方法，可以高效率且無(wú)損地分析個(gè)體種子的形貌和化學(xué)特性，并且可以整體化到農(nóng)業(yè)加工機(jī)械上。本發(fā)明提供這樣的裝置和方法。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于一個(gè)或多個(gè)種子的物理和化學(xué)特性的實(shí)時(shí)無(wú)損分析的裝置和方法。通過(guò)把光引導(dǎo)到樣品上，形成透射或反射光，可以進(jìn)行分析。由樣品透射或反射的光然后可以分散成不同的波長(zhǎng)，其用數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列檢測(cè)。由數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列產(chǎn)生的信號(hào)可以用來(lái)確定許多化學(xué)和形貌特性的任一種的值。
本發(fā)明包括和提供一種測(cè)定一個(gè)種子是否表現(xiàn)出一種特性的方法，包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否表現(xiàn)出一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一種植物組織是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供植物組織；(B)把光從光源引導(dǎo)到該植物組織，從而形成透射或反射光；(C)使透射或反射光通過(guò)光譜儀性，從而形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該植物組織是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法其包括(A)在取樣裝置中提供該種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光；(C)使反射光色散，形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否表現(xiàn)出所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法其包括(A)在取樣裝置中提供該種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使透射光色散，形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定植物組織是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該植物組織；(B)把光從光源引導(dǎo)到該植物組織，從而形成透射或反射光；(C)把透射或反射光分散形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收色散光；(E)用該裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定植物組織種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供一批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成透射光；(C)使該透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供一批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成反射光和透射光；(C)使該反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)多種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光；(C)使該反射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)這些特性的每一種。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)多種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使該透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)這些特性的每一種。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)多種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光和透射光；(C)使該反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)這些特性的每一種。
本發(fā)明包括和提供一種篩選具有一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射或反射光；(C)使該透射或反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收所述透射光或反射光；(E)用該裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)所述特性；(G)基于這些信號(hào)篩選具有所述特性的種子。
本發(fā)明包括和提供一種把一種特性基因滲入到植物中的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到種子并產(chǎn)生透射或反射光；(C)使透射光或反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收透射光或反射光；(E)用該裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)所述特性；(G)基于這些信號(hào)選擇具有該特性的種子；(H)從該種子生長(zhǎng)能繁殖的植物；和(I)利用該能繁殖的植物作為與第二種植物雜交的母本或父本。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中來(lái)自樣品的第一行反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行的反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中，使來(lái)自樣品的一行或多個(gè)后續(xù)行的反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中來(lái)自樣品的第一行反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行的反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定該種子表現(xiàn)出所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中，使來(lái)自樣品的一行或多個(gè)后續(xù)行的反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光和透射光；(C)使反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中來(lái)自樣品的第一行反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光和透射光；(C)使反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光，其中，使來(lái)自樣品的一行或多個(gè)后續(xù)行的反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)對(duì)于后續(xù)行反射光重復(fù)步驟(A)-(E)；和(G)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明包括和提供一種同時(shí)確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子中的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種同時(shí)確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成透射光；(C)使透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)用包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中，所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種同時(shí)確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該批種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該批種子，從而形成反射光和透射光；(C)使反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)用包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置接收該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該批種子的組元是否呈現(xiàn)所述特性，其中，所述確定包括使所述組元與相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明包括和提供一種測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一個(gè)用于產(chǎn)生樣品的取樣裝置；一個(gè)提供樣品的取樣裝置，其中布置該取樣裝置接收來(lái)自加工裝置的樣品；和一個(gè)光譜成像系統(tǒng)，其中布置該系統(tǒng)來(lái)分析取樣裝置中的樣品。
本發(fā)明包括和提供一種測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一個(gè)用于提供樣品的取樣裝置；一個(gè)光譜成像系統(tǒng)，其中布置該系統(tǒng)來(lái)分析取樣裝置中的樣品；和一個(gè)用于把樣品分選成兩個(gè)或多個(gè)不同的組的分選裝置，其中布置該分選裝置接收來(lái)自取樣裝置的樣品。
本發(fā)明包括和提供一種測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一個(gè)用于生產(chǎn)樣品的加工裝置；一個(gè)用于提供樣品的取樣裝置，其中布置該取樣裝置接收來(lái)自加工裝置的樣品；一個(gè)光譜成像系統(tǒng)，其中布置該系統(tǒng)來(lái)分析取樣裝置中的樣品；和一個(gè)用于把樣品分選成兩個(gè)或多個(gè)不同的組的分選裝置，其中布置該分選裝置接收來(lái)自取樣裝置的樣品。


圖1是光源、取樣裝置和光測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖1a是光測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中該光測(cè)量裝置是分光計(jì)。
圖1b是光源的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖1c是取樣裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖2是直軸棱鏡/光柵/棱鏡成像光譜儀的示意圖。
圖3是數(shù)據(jù)組的示意圖。
圖4是玉米樣品的圖像。
圖5是用于提供、分析和分選散裝種子樣品的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖6是適合于用在圖5的裝置實(shí)踐中的電子控制系統(tǒng)的框圖的一個(gè)實(shí)施方案。
圖7是在1,100納米，散裝玉米樣品的放大灰度圖像的一個(gè)實(shí)例。
圖8是漫透射光譜成像系統(tǒng)形式的本發(fā)明的一種替代實(shí)施方案的示意圖。
圖9是用于單個(gè)種子分析的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖10表示一盤24顆玉米粒的圖像。
圖11是對(duì)于96顆散裝玉米樣品的平均光譜，反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。
圖12是對(duì)于圖11中所示的四種平均光譜，反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。
圖13是對(duì)于散裝玉米樣品，總解釋驗(yàn)證變化率(total explainedvalidation variance)(％)與主要成分?jǐn)?shù)量的關(guān)系曲線。
圖14是對(duì)于散裝玉米樣品，預(yù)測(cè)油含量與參比油含量的關(guān)系曲線。
圖15是對(duì)于散裝玉米樣品，預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)含量與參比蛋白質(zhì)含量的關(guān)系曲線。
圖16是對(duì)于散裝玉米樣品，預(yù)測(cè)淀粉含量與參比淀粉含量的關(guān)系曲線。
圖17是對(duì)于散裝樣品，預(yù)測(cè)水分含量與參比樣品水分含量的關(guān)系曲線。
圖18是對(duì)于油、蛋白質(zhì)、淀粉、水分，部分最小二乘法(PLS)2型模型性能的總結(jié)。
圖19是對(duì)于288顆單粒玉米樣品，反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。
圖20是對(duì)于圖19中所示的樣品的6顆典型單粒玉米樣品，反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。
圖21是總解釋驗(yàn)證變化率(％)與主成分?jǐn)?shù)量的關(guān)系曲線，單粒玉米。
圖22是對(duì)于265顆單粒樣品，預(yù)測(cè)的油百分比與參比油百分比的關(guān)系曲線。
發(fā)明詳述分析方法本發(fā)明提供分析具有一種希望特性的種子的分析方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面，所述分析方法使得可以分析單顆種子的離散部分或特征。而且，在本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述分析方法可以分析在一批或散裝樣品中存在的個(gè)體種子，使得可以確定一種特性的分布。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光；(C)使反射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接受該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成透射光；(C)使透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接受該色散光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性。
本發(fā)明的方法可以用來(lái)檢測(cè)可以用NIR測(cè)定的任何特性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述特性是生物化學(xué)特性。本文所用的生物化學(xué)特性是影響農(nóng)業(yè)樣品的化學(xué)組成的任何特性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，生物化學(xué)特性選自油含量、蛋白質(zhì)含量、碳水化合物含量、淀粉含量、纖維含量和水含量。本文所用的含量是指一種組分的量，例如每顆種子5毫克(mg)蛋白質(zhì)或5mg蛋白質(zhì)/10克干重組織。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，生物化學(xué)特性選自油組成、蛋白質(zhì)組成、碳水化合物組成和纖維組成。本文所用的組成是指農(nóng)業(yè)樣品的生物化學(xué)構(gòu)成，例如高分子量蛋白質(zhì)與低分子量蛋白質(zhì)的比例或飽和油與不飽和油的比例。
例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法用于區(qū)分具有希望表型的淀粉樣品。來(lái)自通常的馬齒種玉米或硬質(zhì)種玉米由約73％的支鏈淀粉(具有支鏈分子的淀粉分?jǐn)?shù))和27％直鏈淀粉(具有直鏈分子的淀粉分?jǐn)?shù))。蠟質(zhì)種玉米(具有wx基因)首先發(fā)現(xiàn)在中國(guó)，但是蠟質(zhì)變異還發(fā)現(xiàn)在美洲馬齒種品系。來(lái)自這種突變種的淀粉是100％的支鏈淀粉。胚乳突變種直鏈淀粉增加劑(ae)使淀粉的直鏈淀粉分?jǐn)?shù)提高到50％及以上。這種玉米粒特征在于失去光澤、半透明和部分飽滿的外觀。若干其它突變種基因，單獨(dú)或者組合地，通過(guò)改變直鏈淀粉-支鏈淀粉的比例影響淀粉組成。由普通玉米產(chǎn)生的典型的堅(jiān)硬不透明淀粉凝膠歸因于直鏈淀粉部分。蠟質(zhì)種玉米淀粉的性質(zhì)是所產(chǎn)生的支鏈淀粉溶膠具有典型的柔軟半透明糊狀形式的結(jié)果。天然淀粉凝膠特性的這些差異通過(guò)淀粉改性過(guò)程進(jìn)行并且在某些用途中是希望的。本發(fā)明的方法可以容易地辨別不同的突變種類型并且可以用作它們的高產(chǎn)量無(wú)損篩選技術(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，例如，本發(fā)明的方法用來(lái)鑒定具有希望的胚乳特性的樣品。例如，已經(jīng)鑒別了改變氨基酸平衡的若干胚乳突變種。已經(jīng)表明，突變系不透明物-2(o2)、粉狀-2(f12)和不透明-7(o7)已經(jīng)減少了胚乳中的玉米蛋白(缺少必要的氨基酸如賴氨酸和色氨酸的玉米中的蛋白質(zhì))并增加賴氨酸。具有不透明-2基因的玉米粒(kernel)特征在于柔軟的、白堊狀的、不透明的外觀，并有非常少的硬玻璃狀的胚乳。本發(fā)明的方法可以容易地辨別不同的突變種類型和賴氨酸含量，因此可以用作該特性的高產(chǎn)量無(wú)損篩選技術(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述特性是形貌特性。本文所用的形貌特性是任何結(jié)構(gòu)特性。優(yōu)選的形貌特性是胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子尺寸、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、種子密度和種子完整性。種子完整性可以與抗病性或易感性相關(guān)。在種皮內(nèi)存在孔洞常常表明昆蟲(chóng)傳染。
疾病狀態(tài)與結(jié)構(gòu)變化如孔洞的相關(guān)性可以通過(guò)用生物挑戰(zhàn)(challenging)待測(cè)試的種子樣品來(lái)建立。本文所用的“樣品”是指通過(guò)本發(fā)明的方法考查的任何植物材料。例如樣品可以是種子的一部分、整個(gè)種子、多于一個(gè)種子、以及其它植物組織等。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)可以包括已知易感的和有抵抗力的種子。疾病對(duì)特定結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)性可以通過(guò)合適的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)建立。應(yīng)當(dāng)理解，一旦建立了相關(guān)性，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)不需要針對(duì)特定的種子或種子料批進(jìn)行試驗(yàn)。
對(duì)于在收獲、干燥、提升和通過(guò)商業(yè)渠道移動(dòng)谷物過(guò)程中引起的對(duì)種子粒的損壞，可以用本發(fā)明的方法確定。使用現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)技術(shù)，如使用現(xiàn)場(chǎng)采摘-脫殼收割機(jī)，已經(jīng)導(dǎo)致遠(yuǎn)高于在穗上干燥的樣品的種子水分含量。高水分含量需要使用在高于80℃的溫度的人工干燥，這可能導(dǎo)致應(yīng)力裂紋和種子粒損壞。種子粒損壞指標(biāo)可以包括但不限于玻璃狀與非玻璃狀胚乳的比例，種子粒密度、平均種子粒重量、果皮量和質(zhì)量、以及種子粒尺寸和形狀。本發(fā)明的方法可以用于破壞和破壞敏感性的鑒定，和用在可以減少這些問(wèn)題的化學(xué)和物理特性的鑒定中。
任何種子可以用在本發(fā)明的方法或裝置中。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，種子選自苜蓿種子、蘋果種子、香蕉種子、大麥種子、豆種、花莖甘藍(lán)種子、蓖麻種子、柑桔種子、三葉草種子、椰子種子、咖啡種子、玉米種子、棉花種子、黃瓜種子、花旗松種子、桉樹(shù)種子、火炬松種子、亞麻子種子、瓜籽、燕麥種子、橄欖種子、棕櫚種子、豌豆種子、花生種子、胡椒種子、白楊種子、Radiata pine種子、油菜籽種子、稻種、黑麥種子、高粱種子、美國(guó)長(zhǎng)葉松、大豆種子、草莓種子、糖用甜菜種子、甘蔗種子、向日葵種子、香楓種子、茶樹(shù)種子、煙草種子、西紅柿種子、草種、小麥種子、和Arabidopsis thaliana種子。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，種子選自棉花種子、玉米種子、大豆種子、油菜籽種子、稻種和麥種。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，種子是玉米種子。
只要取樣裝置可以與光源一起使用，可以使用任何取樣裝置。取樣裝置包括但不限于這樣一些裝置，如具有希望波長(zhǎng)范圍的光可以通過(guò)的至少一個(gè)表面的容器，以及包含一個(gè)通常為水平表面(有或沒(méi)有側(cè)壁)的取樣容器，在所述水平表面上可以裝載種子樣品用于分析。容器取樣裝置包括但不限于透明和半透明容器和有至少一個(gè)透明或半透明表面的不透明容器。容器取樣裝置還包括但不限于通常與分光計(jì)一起使用的取樣裝置，如樣品杯、具有2cm和2.5cm路徑長(zhǎng)度的樣品容器、樣品管、樣品容器和比色皿。包含通常為水平的表面的取樣裝置包括但不限于其上可以放置供分析的種子樣品的任何材料，包括包含用于反射分析的不透明材料的材料和包含用于透射分析的透明或半透明材料的材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，取樣裝置是透明的比色皿。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，取樣裝置是其上可以承栽種子用于反射分析的任何平坦黑色材料。
可以使用可以為所研究的任何特定樣品和所用的任何光測(cè)量裝置所用的波長(zhǎng)范圍提供寬帶照明的任何光源。特別優(yōu)選的光源是可以為所用的光測(cè)量裝置提供在整個(gè)光譜相應(yīng)范圍內(nèi)的光的那些光源。這樣的光源的實(shí)例包括但不限于鹵素?zé)?、鎢鹵素?zé)簟㈤L(zhǎng)燈絲鹵素?zé)?、氙燈、氙氣閃光燈、熒光燈、氖燈和汞燈。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用提供在至少700-1,800納米范圍的光的鎢鹵素光，如得自CVI LaserInc.(CVI Laser Corp.200 Dorado P1.SE，PO Box 11308，Albuquerque，NM 87192)的AS220燈。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用提供在至少350-750納米范圍的光的光源。該光源可以是上述任何光源，包括鹵素?zé)簟㈡u鹵素?zé)?、長(zhǎng)絲鹵素?zé)?、氙燈、氙氣閃光燈、熒光燈、氖燈和汞燈。
光源可以對(duì)準(zhǔn)樣品，形成反射光和透射光。反射光是撞擊到樣品上并從該樣品發(fā)射但是不通過(guò)該樣品的任何光。為了測(cè)定反射光，光測(cè)量裝置可以按與樣品相對(duì)于光源的任何角度取向。在一個(gè)使用反射光的優(yōu)選實(shí)施方案中，光測(cè)量裝置相對(duì)于光源按小于180度取向。例如，對(duì)于水平放置的平取樣裝置，光源可以從與取樣裝置平面垂直的假想線按20度角度放置，以該假想線與樣品的交點(diǎn)作為頂點(diǎn)，并且光測(cè)量裝置可以與光源相對(duì)從該假想線按20度角度且從光源40度的角度放置，且頂點(diǎn)相同。在這種取向，來(lái)自光源的光將從樣品反射到光測(cè)量裝置。
透射光是通過(guò)樣品并與光源相反的一側(cè)從樣品發(fā)出的光。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在樣品的相對(duì)兩面上布置光源和光測(cè)量裝置，并且三者共線布置。例如，具有其間分布散裝樣品的相對(duì)的透明壁的比色皿取樣裝置可以位于光源和光測(cè)量裝置之間。來(lái)自光源的光撞擊樣品，部分光通過(guò)樣品透射到比色皿的另一側(cè)，在此光被發(fā)射到光測(cè)量裝置中。
本文所用的“形成反射或透射光”是指把光從光源引導(dǎo)到樣品，從而產(chǎn)生反射光和/或透射光。
反射光或透射光或者二者可以通過(guò)光譜儀。本文所用的光譜儀是指具有能夠接受混合波長(zhǎng)的光、使混合波長(zhǎng)的光分散成其組成波長(zhǎng)、并發(fā)射分散的波長(zhǎng)的光學(xué)元件的裝置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光譜儀包括用于接收光的進(jìn)口狹縫和用于分散光的棱柱-光柵-棱柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，光譜儀是具有全息光柵或固定凹槽光柵的反射光柵光譜儀。本文所用的“色散”光是已經(jīng)從混合波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)變成具有分開(kāi)的組成波長(zhǎng)的光。本文所用的“色散”反射光或透射光是指把混合波長(zhǎng)的光分成具有分開(kāi)的組成波長(zhǎng)的光。本文所用的使反射光或透射光“通過(guò)”光譜儀是指在進(jìn)口縫隙如狹縫處接收反射或透射光，使得光通過(guò)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)、被分散并從出口縫隙發(fā)出。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，定位進(jìn)口縫隙，以便接收來(lái)自樣品的光和把光測(cè)量裝置固定到出口縫隙。
通過(guò)光譜儀發(fā)射的波長(zhǎng)范圍可以是可以進(jìn)行樣品樣品的足夠?qū)挼娜魏畏秶?。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光譜儀能夠發(fā)射波長(zhǎng)在500-2,000納米，更優(yōu)選700-1,800納米，甚至更優(yōu)選900-1,700納米范圍內(nèi)的色散光。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光譜儀能夠發(fā)出波長(zhǎng)在100-1,000納米的色散光。光譜儀優(yōu)選具有至少50納米/毫米(nm/mm)，更優(yōu)選100、125和150nm/mm的光譜色散(spectraldispersion)。光譜儀優(yōu)選具有至少100nm的光譜分辨率，更優(yōu)選50nm，甚至更優(yōu)選40、30和20nm的光譜分辨率。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光譜儀具有900-1,700nm的光譜范圍，至少150nm/mm的光譜色散和至少20nm的光譜分辨率。
來(lái)自光譜儀的輸出可以在光測(cè)量裝置中接收，該光測(cè)量裝置能夠在多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)接收來(lái)自光譜儀的光。本文所用的“數(shù)據(jù)點(diǎn)”是指一個(gè)離散區(qū)域，如焦平面陣列，在此處可以獨(dú)立地接受和測(cè)量光。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以例如以多維方式布置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，多數(shù)據(jù)點(diǎn)以二維陣列布置。多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列可以包含像元，每個(gè)像元對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并且能夠獨(dú)立地接受光和輸出信號(hào)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量大于100，更優(yōu)選為500，甚至更優(yōu)選為1,000、5,000、10,000、75,000或100,000。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，像元的數(shù)量大于1,000，更優(yōu)選為5,000，甚至更優(yōu)選為10,000、75,000或100,000。用于測(cè)量多數(shù)據(jù)點(diǎn)的可用陣列的實(shí)例包括但不限于諸如照相機(jī)的光測(cè)量裝置，其具有成像的陣列。光測(cè)量裝置優(yōu)選具有小于100微米的間距(pitch)，更優(yōu)選具有小于50、40、30或20微米間距，和大于5楨/秒，優(yōu)選大于10、15、20和25楨/秒的楨速。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光測(cè)量裝置具有大于75,000個(gè)像元，小于20微米的間距和大于25楨/秒的楨速。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光測(cè)量裝置是銻化銦(IndiumAntimonide)(InAs)、碲化汞鎘(MCT)、硅化鉑(PtSi)、砷摻雜硅(Si∶As)、砷化鎵銦、或CCD照相機(jī)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光測(cè)量裝置是砷化鎵銦照相機(jī)，甚至更優(yōu)選的是得自Sensors UnlimitedInc.(Sensors Unlimited Inc.，3490 US Rte 1，Building 12，Princeton，NJ，08540)的SU320-1.7RT-D/RS170照相機(jī)，其能夠以76,800個(gè)像元接收光。
這些數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠輸出信號(hào)。本文所用的“輸出信號(hào)”是指產(chǎn)生任何形式的信號(hào)，這些信號(hào)可以用來(lái)直接或間接測(cè)量在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上的光強(qiáng)。例如，通過(guò)光能到電脈沖或其它形式的轉(zhuǎn)換可以產(chǎn)生信號(hào)。
具體的輸出與一種特性相關(guān)。基于這樣的相關(guān)性，可以確定種子是否具有一種特性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)傳統(tǒng)的方法收集已知的信號(hào)并與測(cè)量相關(guān)聯(lián)。例如，可以用本發(fā)明的方法分析種子，以便產(chǎn)生已知的測(cè)量組。然后可以用常規(guī)的化學(xué)統(tǒng)計(jì)技術(shù)測(cè)量化學(xué)成分的實(shí)際濃度，并且所得的值可以與用本發(fā)明產(chǎn)生的測(cè)量聯(lián)合。對(duì)于具有不同化學(xué)組成的種子重復(fù)該過(guò)程，從而產(chǎn)生一組聯(lián)合。在然后用本發(fā)明的方法分析未知的種子時(shí)，由這些數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生的測(cè)量可以與已知組的聯(lián)合比較，以預(yù)測(cè)種子的組成，并且種子的預(yù)測(cè)組成可以與預(yù)定的閾值比較，以確定種子是否呈現(xiàn)該特征。本文所用的“呈現(xiàn)一種特征”是指來(lái)自數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的測(cè)量大于最小值，低于最大值，或者在可以預(yù)先確定的任何范圍內(nèi)。這些值可以與來(lái)自任何波長(zhǎng)或任何波長(zhǎng)組合的測(cè)量對(duì)應(yīng)。
對(duì)于給定的特性，可以使用一種或多種波長(zhǎng)的光的測(cè)量來(lái)確定種子是否呈現(xiàn)一種特性。由于光譜儀以已知方式把光分散到數(shù)據(jù)點(diǎn)上，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以與波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，并且來(lái)自這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量可以類似地與波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，確定種子是否顯示一種特性取決于多個(gè)波長(zhǎng)。這樣的多變量確定可以最多包括進(jìn)入光測(cè)量裝置的整組波長(zhǎng)。在這樣的實(shí)施方案中，可以使用在800-2,600納米波長(zhǎng)范圍的光，更優(yōu)選的是800-2,200納米的光。當(dāng)用多波長(zhǎng)考查種子時(shí)，這樣的波長(zhǎng)將形成一種圖形(profile)。該圖形是一個(gè)種子、種子的任何部分、或一個(gè)以上種子的信號(hào)組合。例如，在單一的種子分析中，來(lái)自表示整個(gè)種子的數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)可以組合到所述圖形中。與該種子的一部分，例如胚乳，相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以組合形成胚乳的圖形。對(duì)于散裝樣品，在一個(gè)實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)信號(hào)可以平均或者另外組合形成整個(gè)樣品的圖形。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些圖形可以與特定的特性相關(guān)。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，確定種子是否顯示一種特性使用與存在一種特定特性相關(guān)的一個(gè)或數(shù)個(gè)獨(dú)特的波長(zhǎng)。下表列出了可以與特定特性相關(guān)聯(lián)并可以用來(lái)預(yù)測(cè)相關(guān)特性的若干波長(zhǎng)。

其它植物組織或農(nóng)業(yè)樣品可以代替種子。本文所用的植物組織包括但不限于任何植物部分，如葉、花、根和花瓣。本文所用的農(nóng)業(yè)樣品是指如種子的植物組織，但是還包括非植物基的材料，如在農(nóng)產(chǎn)品范圍內(nèi)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)物或非植物物質(zhì)。真菌樣品是農(nóng)業(yè)樣品的一個(gè)實(shí)例。
個(gè)體種子或各批種子可以利用本發(fā)明的方法和裝置。一批種子是大于一個(gè)的任何數(shù)量的種子。本文所用的一批的“組元”是在該批中的任何單個(gè)種子。一批種子可以由數(shù)量限定。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，一批種子大于10顆種子，更優(yōu)選大于20、50、500、1,000或10,000顆種子。在另一個(gè)實(shí)施方案中，種子批可以通過(guò)其來(lái)源分類，如得自單穗、單個(gè)植物或單植物雜交的種子。
在一批中的個(gè)體種子可以同時(shí)用本發(fā)明的方法分析。本文所用的“同時(shí)”是指可以得自單次分析的任何組數(shù)據(jù)。單次分析可以是樣品的單行掃描，或樣品的多行掃描。例如，逐個(gè)單一散裝種子行的分析構(gòu)成當(dāng)單次分析。這樣的同時(shí)分析可以是一批種子對(duì)于一種或多種特性的同時(shí)分析。這樣的同時(shí)分析也可以是一個(gè)種子對(duì)于多種特性的同時(shí)分析。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，一個(gè)以上的特性可以同時(shí)分析。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，3、4、5或6種特性以上的特性可以同時(shí)分析。在一個(gè)甚至更優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以同時(shí)分析5-10或10-20種特性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，來(lái)自單一來(lái)源的種子在取樣裝置中放在一起。在一個(gè)實(shí)施方案中，單一來(lái)源可以是提供具有共同的一般背景的種子的任何來(lái)源，如一穗玉米、單一植物、或單一雜交的產(chǎn)物。使用這種方法，來(lái)自該批的種子在取樣裝置中以隨機(jī)提供的組的形式提供。本文所用的在取樣裝置中“隨機(jī)提供”一批種子是指在取樣裝置中放置這些種子而不考慮種子在隨后的取向或分離。例如，倒在大的單一比色皿中用于分析的一批100顆種子可以說(shuō)成“隨機(jī)提供的”。
在輸出信號(hào)后，軟件程序如邊緣檢測(cè)程序，例如由Mathworks Inc.(Mathworks Inc.，24 Prime Park Way，Natick，Massachusetts01760)提供的具有圖像加工工具箱的Matlab5.3版和由ResearchSystems Inc.(Research Systems，Inc.，4990 Pearl East Circle，Boulder，Co 80301)提供的ENVI3.2版，然后可以用來(lái)分析由數(shù)據(jù)點(diǎn)輸出的信號(hào)以確定與個(gè)體種子對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)然后可以與那些個(gè)體種子相關(guān)聯(lián)。本文所用的使組元與“相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)”相關(guān)聯(lián)是指為了確定是否存在一種特性，把來(lái)自一組毗鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量分配歸因于該批中的一個(gè)組元。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在一批中的種子提供在取樣裝置中，該取樣裝置能夠保持每個(gè)種子在其自己的單獨(dú)的腔室中。本文所用的“單獨(dú)的腔室”可以是能夠定位每顆種子使該種子與分析后的數(shù)據(jù)測(cè)量相關(guān)聯(lián)的任何物體。在一個(gè)實(shí)施方案中，取樣裝置包括一個(gè)平表面并且水平放置，單獨(dú)的腔室是平表面上的指定部分。在另一個(gè)實(shí)施方案中，取樣裝置包括具有底面和以方形圖案布置的四壁的單獨(dú)腔室，其中提供單獨(dú)的種子。在仍然另一個(gè)實(shí)施方案中，取樣裝置是一個(gè)平表面，其上可移動(dòng)地放置僅有四壁的單獨(dú)的腔室。在該實(shí)施方案中，平表面或單獨(dú)的腔室可以移動(dòng)以便進(jìn)行種子的分選。
在上述用于批次分析的任何實(shí)施方案中，進(jìn)行整批分析的時(shí)間可以小于30秒，優(yōu)選小于10秒，更優(yōu)選小于約5秒。該縮短的取樣時(shí)間相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)改善了樣品的產(chǎn)量，并且可以在一個(gè)育種周期內(nèi)進(jìn)行農(nóng)作物樣品的更大量篩選。
此外，在以上給出的任何單個(gè)種子和批次分析實(shí)施方案中，一次可以分析種子的一種以上特性。例如，對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的特性和在相同范圍內(nèi)有累積效果的特性可以同時(shí)進(jìn)行研究。還可以分別分析個(gè)體種子的不同組織。使用在兩種組織之間差異的光譜模型模擬，毗鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)域可以與種子或植物組織的任何部分相關(guān)聯(lián)，例如胚芽和胚乳。不同部分的光譜數(shù)據(jù)然后可以用來(lái)有區(qū)別地分析種子的不同組織。
對(duì)于以上列出的實(shí)施方案的任一個(gè)，樣品可以用光譜儀和光測(cè)量裝置逐行成像。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光源包括一個(gè)圓柱形透鏡，其把光聚焦在整個(gè)樣品寬度上的細(xì)光束中。光譜儀具有進(jìn)口狹縫，其對(duì)齊在樣品上光的行，從而使進(jìn)入光譜儀的反射或透射光量最大。本文所用的光的“行”是通過(guò)光譜儀并與特定形狀的樣品上的物理區(qū)域相對(duì)應(yīng)的反射或透射光。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，特定形狀是細(xì)矩形或部分。所以，樣品可以說(shuō)包含許多毗鄰的行，其在按其正確順序放置時(shí)，一起構(gòu)成樣品。本文所用的“第一行”是在樣品上所有其它行分析之前由該方法分析的行。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一行是在取樣裝置一端的行。取樣裝置端部可以是任何邊或邊緣。例如，在具有方形表面的取樣裝置上的端部可以是該面的四個(gè)邊緣的任一個(gè)。本發(fā)明的方法可以使用單行進(jìn)行或者使用最多為樣品的全部行的行的任何組合進(jìn)行。在更多的行被分析時(shí)，更多的樣品被考察。在一個(gè)實(shí)施方案中，分析單行。在另一個(gè)實(shí)施方案中，分析若干不相鄰的行。在另一個(gè)實(shí)施方案中，從樣品一端到另一端的所有的樣品行，從第一行開(kāi)始并向前進(jìn)行隨后的行，直至達(dá)到最后一行。本文所用的“后續(xù)的行”是與剛剛被分析的行相鄰的未分析的行?！白詈笠恍小笔潜环治龅淖詈笠恍?。
為了分析在第一行之后的后續(xù)行，樣品可以移動(dòng)一行的厚度，以便使每個(gè)后續(xù)行相對(duì)于光源和光譜儀對(duì)齊。這種相對(duì)移動(dòng)可以通過(guò)移動(dòng)取樣裝置或光源和光譜儀進(jìn)行。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，取樣裝置安裝在直線移動(dòng)臺(tái)上，直線移動(dòng)臺(tái)能夠以等于一行的寬度的增量或者以恒定速度移動(dòng)。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述臺(tái)以恒定速度移動(dòng)，并控制光測(cè)量裝置以便捕獲在每個(gè)后續(xù)的行準(zhǔn)確對(duì)齊狹縫而不重疊時(shí)的圖像。通過(guò)分析第一行和每個(gè)后續(xù)行，可以分析全部樣品。
本發(fā)明的方法和裝置可以用在育種計(jì)劃中，選擇具有希望的特性的植物或種子。在一方面，本發(fā)明提供一種選擇具有一種特性的種子的方法，其包括(A)在取樣裝置中提供該種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到該種子，從而形成反射光和透射光；(C)使反射光或透射光通過(guò)光譜儀形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收分散的光；(E)用該光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；和(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否顯示所述特性的每一種。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種向植物中基因滲入一種特性的方法，包括(A)在取樣裝置中提供種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到種子并產(chǎn)生透射光或反射光；(C)使透射光或反射光通過(guò)光譜儀；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收透射光或反射光；(E)，用該裝置輸出每一個(gè)多數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)；(F)基于這些信號(hào)確定該種子是否呈現(xiàn)所述特性；(G)基于這些信號(hào)篩選具有該特性的種子；(H)從該種子生長(zhǎng)能繁殖的植物；和(I)在與第二個(gè)植物雜交時(shí)，利用該能繁殖的植物作為母本或父本。
本發(fā)明的基因滲入和篩選的方法可以與任何育種方法組合使用，并且可以用來(lái)篩選單代或篩選多代。育種方法的選擇取決于植物繁殖的方式，被改善的特性的遺傳性能和商業(yè)上所用的栽培品種的種類(例如，F(xiàn)1雜交栽培品種、純系栽培品種等)。培育本發(fā)明的植物的選定的非限制性方法描述如下。還應(yīng)當(dāng)理解，任何商品或非商品的栽培品種可以用在育種計(jì)劃中。諸如孵化(emergence)活力、植物生長(zhǎng)活力、應(yīng)力(stress)耐受性、耐病性、分叉、開(kāi)花、種子系、種子尺寸、種子密度、standability、脫粒能力等的因素一般支配選擇。
對(duì)于高可遺傳性特性，在單個(gè)位置評(píng)價(jià)的優(yōu)異的個(gè)體植物的選擇將是有效的，而對(duì)于具有低遺傳性的特性，篩選應(yīng)當(dāng)基于從相關(guān)植物科的重復(fù)評(píng)價(jià)所獲得的平均值。通用的篩選方法通常包括但不限于譜系圖篩選、改進(jìn)的譜系圖篩選、混合篩選、和輪回篩選。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，采取回交和輪回循環(huán)計(jì)劃。
遺傳的復(fù)雜性影響育種方法的選擇?；亟挥N可以用來(lái)把一種或數(shù)種對(duì)于高遺傳性特性有利的基因轉(zhuǎn)移到希望的栽培品種中。這種方法已經(jīng)廣泛用于培育抗病的栽培品種。各種輪回篩選技術(shù)用來(lái)定量改善由許多基因控制的遺傳的特性。在自授粉農(nóng)作物中使用輪回篩選取決于授粉的容易程度、來(lái)自每次授粉的成功雜交的頻度、每次成功雜交的雜交后代的數(shù)量。
對(duì)于兩代或更多代，育種系可以測(cè)試并與代表商品目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境中的合適標(biāo)準(zhǔn)比較。最好的品系是新的商品栽培品種的候選；仍然缺少特性的那些可以用作親本生產(chǎn)進(jìn)一步篩選的種群。
鑒定優(yōu)異植物的一種方法是相對(duì)于其它試驗(yàn)植物和許多廣泛生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)栽培品種觀察其生產(chǎn)性能。如果單一的觀察無(wú)法有結(jié)論，重復(fù)的觀察可以提供其遺傳價(jià)值的更好評(píng)估。育種人可以篩選和雜交兩種或多種親本種系，然后重復(fù)自交和篩選，產(chǎn)生許多新的基因組合。
新大豆栽培品種的開(kāi)發(fā)必須開(kāi)發(fā)和選擇大豆變種、這些變種的雜交和優(yōu)異的雜種雜交的選擇。雜交種子可以通過(guò)在所選的父本遺傳親本之間手工雜交或使用雄性不育系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)。雜種選自一些單基因特性，如豆莢顏色、花的顏色、種子產(chǎn)量、柔毛顏色或除草劑耐受性，這些表明該種子真是雜種。在親本種系上的其它數(shù)據(jù)，以及雜種的表型，影響育種人是否繼續(xù)用特定的雜種雜交的決定。
譜系圖育種和輪回篩選育種方法可以用來(lái)從育種種群開(kāi)發(fā)栽培品種。育種計(jì)劃把來(lái)自兩種或多種栽培品種或者各種廣泛來(lái)源的特性組合到育種組中，從該組中通過(guò)自交和希望的表型的篩選開(kāi)發(fā)栽培品種。
譜系圖育種通常用于改善自授粉農(nóng)作物。具有有利的互補(bǔ)特性的兩種親本雜交，以產(chǎn)生F1。通過(guò)自交一種或數(shù)種F1，產(chǎn)生F2種群。篩選最好的種屬中最好的個(gè)體。種屬的重復(fù)試驗(yàn)可以開(kāi)始于F4代，以改善具有低遺傳性能的特性的篩選有效性。在近交的高級(jí)階段(即F6和F7)，測(cè)試最好的系或表型類似系的混合物，以測(cè)試作為新栽培品種的可能發(fā)布。
回交育種已經(jīng)用來(lái)把簡(jiǎn)單遺傳的高遺傳性特性的基因轉(zhuǎn)移到希望的純合栽培品種或近交系中，后者是循環(huán)親本。被轉(zhuǎn)移的特性的源稱為供方親體。所得的植物預(yù)期具有循環(huán)親本(例如栽培品種)的品質(zhì)和從供方親體轉(zhuǎn)移的希望的特性。在最初雜交后，篩選具有供方親體表型的個(gè)體并重復(fù)雜交(回交)到循環(huán)親本。所得的親本預(yù)期具有循環(huán)親本(例如栽培品種)的品質(zhì)和從供方親體轉(zhuǎn)移來(lái)的希望的特性。
單種子遺傳過(guò)程是指種植隔離的種群，收獲每個(gè)植物一粒種子的樣品，并使用單種子樣品來(lái)種植下一代。當(dāng)種群已經(jīng)從F2前進(jìn)到希望的近交水平時(shí)，得自該種系的植物各自上溯到不同的F2個(gè)體。由于一些種子不能發(fā)芽或者某些植物不能產(chǎn)生至少一粒種子，種群中植物的數(shù)量每代下降。結(jié)果，當(dāng)代進(jìn)化完成時(shí)，并非在該種群中原始取樣的所有F2植物被后代代表。
在多種子過(guò)程中，例如，大豆育種人通常從種群中的每個(gè)植物收獲一個(gè)或多個(gè)豆莢，并把它們?cè)谝黄鹈摿Ｐ纬梢慌?。該批的一部分用?lái)種植下一代，一部分儲(chǔ)存。該過(guò)程稱為改進(jìn)的單種子遺傳或豆莢-批料技術(shù)。
多種子過(guò)程已經(jīng)用來(lái)節(jié)約收獲時(shí)的勞動(dòng)。用機(jī)器脫粒豆莢明顯比單種子過(guò)程的用手從每個(gè)豆莢中取出一粒種子更快。多種子過(guò)程還使得每代近交栽培一個(gè)種群的相同數(shù)量的種子成為可能。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明用來(lái)區(qū)分單倍體樣品與非單倍體樣品。單倍體植物的使用通過(guò)提供一種生產(chǎn)復(fù)式單倍體系的完全純合系的方法，提高植物育種程序中輪回篩選的效率。因?yàn)閱伪扼w是半合的，即每個(gè)位置僅有一個(gè)等位基因，它們用于針對(duì)不希望的隱性等位基因進(jìn)行突變研究和篩選。本發(fā)明的方法可以用來(lái)區(qū)別單倍體樣品和其它類型的樣品，如雙倍體?？梢杂帽景l(fā)明的方法確定產(chǎn)生與非單倍體樣品具有不同的光譜組成的產(chǎn)生反射或透射光的表型的任何單倍體特性。例如，一些親本系攜帶標(biāo)記物基因，如R-nj，其能夠通過(guò)胚乳頂部的花色素苷著色和在胚芽中沒(méi)有顏色在成熟種子階段鑒定單倍體。本發(fā)明的方法可以容易地辨別在種子上的要求位置存在或沒(méi)有這些表型。
常用于不同特性和農(nóng)作物的其它育種方法的描述可以見(jiàn)于若干參考書之一(例如，F(xiàn)ehr，Principles of Cultivar Development Vol.1，2-3頁(yè)(1987))，其整體并入本文作為參考)。
分析裝置和系統(tǒng)本發(fā)明提供一種測(cè)量農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一種用于生產(chǎn)樣品的加工裝置；一種用于提供樣品的取樣裝置，其中布置該取樣裝置接收來(lái)自加工裝置的樣品；和光學(xué)分光成像系統(tǒng)，其中布置該系統(tǒng)分析取樣裝置中的樣品。本發(fā)明還提供一種測(cè)量農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一種提供樣品的取樣裝置；一種光學(xué)分光成像系統(tǒng)，其中布置該系統(tǒng)分析取樣裝置中的樣品；和一種分選裝置，用于把樣品分成兩個(gè)或多個(gè)不同的組，其中布置該分選裝置接收來(lái)自取樣裝置的樣品。本發(fā)明還提供一種測(cè)量農(nóng)產(chǎn)品性質(zhì)的裝置，其包括一種生產(chǎn)樣品的加工裝置；一種提供樣品的取樣裝置，其中布置該取樣裝置接收來(lái)自加工裝置的樣品；一種光學(xué)分光成像裝置，其中布置該系統(tǒng)分析取樣裝置中的樣品；和一種分選裝置，用于把樣品分成兩個(gè)或多個(gè)不同的組，其中布置該分選裝置接收來(lái)自取樣裝置的樣品。
本文所述的裝置利用光學(xué)分光成像系統(tǒng)分析農(nóng)業(yè)樣品。本文所用的“光學(xué)分光成像系統(tǒng)”是可以形成樣品圖像的任何系統(tǒng)，其中圖像包含許多數(shù)據(jù)點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光學(xué)分光成像系統(tǒng)包括光源、一種分散光的裝置、和一種光測(cè)量裝置。本文所用的“分散光的裝置”是指能夠把混合波長(zhǎng)的光分散成單獨(dú)波長(zhǎng)的光的任何裝置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，分散光的裝置是光譜儀。光源、光譜儀和光測(cè)量裝置包括但不限于本文所述的那些。
用加工裝置制備用于用分光成像系統(tǒng)分析的樣品。本文所用的“加工裝置”是能夠把植物的希望部分與植物的其余部分分離的任何裝置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，加工裝置是脫粒機(jī)、打谷機(jī)或聯(lián)合收割機(jī)。脫粒機(jī)例如可以是Almaco改進(jìn)單穗玉米脫粒機(jī)(Almaco，99MAvenue，P.O.Box 296，Nevada，IA 50201)。
在用加工裝置制備樣品后，用分光成像系統(tǒng)進(jìn)行分析，在用分光成像系統(tǒng)分析后，用分選裝置自動(dòng)分選樣品。
本文所用的“分選裝置”是任何能夠根據(jù)分析結(jié)果把樣品分開(kāi)到至少兩個(gè)不同的料斗中的任何裝置。分選裝置例如可以是在兩個(gè)方向之一引導(dǎo)樣品的單移動(dòng)葉片。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，分選裝置能夠獨(dú)立地分選10、20、50或100顆個(gè)體種子。本文所用的“料斗”是可以保持一部分樣品與其它部分分開(kāi)的任何裝置。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，分選裝置能夠把單一的一批種子分選到多個(gè)料斗之一中。如果在分析期間考察一種以上的特性，這種分選是有用的。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，加工裝置和分選裝置連接到取樣裝置和分光成像系統(tǒng)上，提供一種自動(dòng)提供樣品、分析樣品并分選樣品的裝置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以比每10秒一次更快地提供、分析和分選樣品，更優(yōu)選的是比每5秒一次更快。
圖1表示通常表示為10的本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。布置光源12，以便把光引導(dǎo)到取樣裝置16中的樣品14上，定位取樣裝置16以便把光反射到光測(cè)量裝置18中。光源12可以是能夠提供正確波長(zhǎng)范圍的光到樣品14上用于通過(guò)光測(cè)量裝置18進(jìn)行分析的任何裝置。取樣裝置16可以是能夠通過(guò)在光測(cè)量裝置18的視場(chǎng)中保持和定位樣品14來(lái)提供用于分析的樣品14的任何裝置。光測(cè)量裝置18可以是任何能夠表征來(lái)自樣品14的光的感興趣的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度的任何裝置。
圖1a是一般表示在20處的優(yōu)選的光測(cè)量裝置18和附件的典型代表。連接到光測(cè)量裝置18的是一個(gè)成像透鏡24和直軸成像光譜儀26，光測(cè)量裝置18在本實(shí)施方案中是逐行掃描照相機(jī)22。布置這些元件使得來(lái)自樣品14的光首先通過(guò)成像透鏡24，然后在進(jìn)入照相機(jī)22之前進(jìn)入光譜儀26。電子快門38位于成像透鏡前面。當(dāng)關(guān)閉時(shí)，快門38完全阻止任何光進(jìn)入光譜儀，并用來(lái)收集暗像，暗像用于校正用該系統(tǒng)收集的樣品圖像。
成像透鏡24可以是任何傳統(tǒng)的視頻透鏡，如具有完整的可變光圈的Electrophysics 25mmf/1.4微距鏡頭。成像透鏡24使來(lái)自樣品的反射或透射光進(jìn)入直軸成像光譜儀16，在一個(gè)實(shí)施方案中其是具有80微米狹縫寬度的Specim Inspector N17-04-100。光譜儀具有900-1,750納米的名義光譜范圍，10納米的名義光譜分辨率和f/2.8的數(shù)值孔徑。光譜儀基于棱鏡/光柵/棱鏡(PGP)色散元件和透射光學(xué)系統(tǒng)，其提供直線光軸，無(wú)散光圖像和偏振無(wú)關(guān)的處理量。光譜儀26在一個(gè)實(shí)施方案中裝有標(biāo)準(zhǔn)C-固定法蘭(mount flange)，其可以直接連接到成像透鏡24和焦平面陣列照相機(jī)22，從而把照相機(jī)22轉(zhuǎn)變成光譜行成像系統(tǒng)。
在圖1a中所示的焦點(diǎn)陣列逐行掃描照相機(jī)22可以是例如銻化銦(Indium Antimonide)(InAs)、碲化汞鎘(MCT)、硅化鉑(PtSi)、砷摻雜的硅(Si∶As)、砷化鎵銦照相機(jī)，并且砷化鎵銦照相機(jī)是優(yōu)選的。砷化鎵銦焦平面陣列可以是例如Sensors Unlimited Inc.的SU320-1.7RT-D/RS170照相機(jī)。對(duì)于該照相機(jī)22的焦平面陣列的格式為320×240個(gè)像元，對(duì)于每個(gè)像元，總共具有76,800個(gè)檢測(cè)器像元，并且對(duì)于每個(gè)像元具有40微米間距(pitch)。照相機(jī)22具有12bit的模擬數(shù)字精確度，6.1MHz的像元讀出速度，和900-1,730納米的光譜響應(yīng)。照相機(jī)22具有逐行掃描視頻輸出，可以獲得每楨一個(gè)場(chǎng)景。在逐行掃描模式的照相機(jī)的楨速度為每秒60楨。這意味著每16.67毫秒可以捕捉一個(gè)譜線圖像。在一個(gè)實(shí)施方案中，照相機(jī)22的320個(gè)像元軸用于空間軸，而240個(gè)像元軸用于光譜軸。這意味著每16.67毫秒可以獲得320個(gè)單獨(dú)的光譜。
用于譜線成像的樣品14的照明在一個(gè)實(shí)施方案中用連續(xù)的寬帶光源如石英鎢鹵素?zé)魧?shí)現(xiàn)。光源12可以是例如來(lái)自CVI Laser Inc.的AS220燈和組件。光源的一個(gè)實(shí)例表示在圖1b，一般在28處。光源含有30瓦石英鎢鹵素?zé)襞c整體的拋物線反射鏡30、聚光器光學(xué)器件32、近紅外截?cái)酁V波器34，和圓柱形透鏡36，把光聚焦成用于均勻行照明的一行。近紅外截?cái)酁V波器從撞擊到樣品上的光中除去多余的有害紫外線和可見(jiàn)光。
取樣裝置16的一個(gè)實(shí)施方案表示在圖1c，一般在40處。在圖1c中，取樣裝置是比色皿，其由以下部分構(gòu)成具有石英窗44的矩形腔42，樣品14通過(guò)石英窗44成像；底部開(kāi)口46，用于在分析完成后取出樣品；校準(zhǔn)反射率的材料帶48，例如來(lái)自Labsphere Inc.(Labsphere，Inc.，Subsidiary of X-Rite，Inc.，Shaker St.，POBox 70，North Sutton，NH 03260-0070)的Spectralon，用于使儀器響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化；摻雜稀土氧化物的校準(zhǔn)反射率的材料帶50，用于建立波長(zhǎng)刻度的精確度；和具有其自己的石英窗的較小的樣品腔52，其布置在比色皿底部，用于容納與被分析的樣品相同類型的農(nóng)產(chǎn)品的對(duì)比樣品。
圖1中的光譜儀的管狀光-機(jī)械結(jié)構(gòu)一般表示在圖2中的26處。光譜儀26是小型的、穩(wěn)定的、結(jié)實(shí)的并且沒(méi)有移動(dòng)部件。PGP元件中的光柵是體積-相(volume-phase)透射光柵，其提供在寬范圍內(nèi)的良好衍射效率。對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，衍射效率特征是在1,100納米大于60％的最大值和在1,700納米為40％的效率。直接瞄準(zhǔn)透射光學(xué)系統(tǒng)用短焦距和快速光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生高質(zhì)量圖像，從而減小光譜儀尺寸并提供良好的光收集效率。光譜儀26包含管狀外殼54，其中布置限定進(jìn)口狹縫的圓盤56。來(lái)自樣品14的光通過(guò)進(jìn)口狹縫進(jìn)入和通過(guò)透鏡58，透鏡58把光線聚焦到PGP元件60上，在這里光線被分散成其垂直于行式映像的連續(xù)的光譜分布。分散的光然后通過(guò)第二個(gè)透鏡62并聚焦在照相機(jī)22的焦平面陣列64上。整個(gè)光譜范圍的中心波長(zhǎng)直接通過(guò)，并且更短和更長(zhǎng)的波長(zhǎng)對(duì)稱地分散在中心波長(zhǎng)的兩側(cè)。在光譜儀輸出的焦點(diǎn)處放置的焦平面陣列照相機(jī)22在一楨中記錄空間行式映像和行式映像中每個(gè)像元的光譜分布。
光譜儀26的狹縫寬度影響光譜分辨率和圖像行寬度。在一個(gè)實(shí)施方案中，狹縫是80微米狹縫，其提供在900-1,530納米的光譜范圍由全寬半最大值標(biāo)準(zhǔn)限定的10納米的名義光譜分辨率，而在1,750納米的光譜上限處增大到13納米。該圖像行長(zhǎng)度和寬度由狹縫長(zhǎng)度、狹縫寬度、透鏡焦距、和樣品與透鏡之間的距離確定。例如，9.9mm的狹縫長(zhǎng)度、80微米的狹縫寬度、25mm的透鏡焦距和214毫米的樣品與透鏡間距離獲得0.37毫米的圖像行寬度和85毫米的圖像行長(zhǎng)度。
為了使照相機(jī)22測(cè)量來(lái)自樣品14的全部?jī)?nèi)容的光數(shù)據(jù)，把樣品相對(duì)于分光計(jì)移動(dòng)。取樣裝置16、光測(cè)量裝置18或二者都可以移動(dòng)以獲得這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，取樣裝置安裝在可移動(dòng)的臺(tái)上。例如，所述臺(tái)可以是伺服系統(tǒng)控制的直線移動(dòng)臺(tái)如帶有控制器的Parker Hannefin Gemini GV Series(Parker Hannifin Corp.，6035 Parkland Boulevard，C1eveland，Ohio)。該直線移動(dòng)臺(tái)以恒定的速度精確可重復(fù)地移動(dòng)樣品比色皿通過(guò)圖像分光計(jì)20的視場(chǎng)。直線移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)與照相機(jī)22的操作同步進(jìn)行，使得照相機(jī)22捕捉的每楨是樣品的相鄰的、不重疊圖像行。比色皿中的樣品14的分光圖像通過(guò)把樣品上的相鄰的、不重疊的圖像行拚接在一起，從而建立逐行的圖像。
圖3圖示表示從而產(chǎn)生的高光譜(hyperspectral)數(shù)據(jù)立方體。如圖3所示，照相機(jī)22的一個(gè)方向，即空間軸，記錄在給定波長(zhǎng)的每行的強(qiáng)度圖像，另一個(gè)方向，即光譜軸，記錄每個(gè)圖像像元的光譜信息。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有320像元的照相機(jī)的焦平面陣列的長(zhǎng)軸用于空間軸，而具有240個(gè)像元的短軸用于光譜軸。如果希望系統(tǒng)的信噪比改善，或者如果獲得速度非常重要，來(lái)自各自具有獨(dú)特光譜的每一行的個(gè)體像元可以平均，從而形成每個(gè)圖像行一個(gè)光譜。對(duì)于上述實(shí)施方案，這意味著對(duì)于每個(gè)圖像行，每16.67毫秒可以平均320個(gè)光譜。此外，通過(guò)把獨(dú)特的波長(zhǎng)平面上的3灰度光譜圖像指定為紅綠蘭(RGB)顏色組分，可以從高光譜數(shù)據(jù)立方體提取假顏色圖像，從而產(chǎn)生假顏色圖像，如圖4所示。
在反射的情況下，光源位于取樣裝置16與照相機(jī)22的同側(cè)上，如圖1所示。通過(guò)優(yōu)化來(lái)自樣品14的漫射散射光的收集，確定在照相機(jī)22和光源12之間的角度。通過(guò)圓柱透鏡36把光聚焦到樣品14上。
來(lái)自樣品表面的漫射散射光通過(guò)成像透鏡58引導(dǎo)到光譜儀的進(jìn)口狹縫，在這里透射光柵60把光分散成其垂直于由輸入狹縫限定圖像行的連續(xù)光譜分布。設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)直接通過(guò)，較短和較長(zhǎng)的波長(zhǎng)對(duì)稱分布在中心波長(zhǎng)的兩側(cè)。
對(duì)于光源12、取樣裝置16和光測(cè)量裝置的上述各種實(shí)施方案可以與分離植物不同部分的加工裝置以及分選裝置組和使用，所述分選裝置能夠基于光測(cè)量裝置18的輸出分選樣品。
圖5表示上述實(shí)施方案的任一個(gè)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)加工裝置整體化的示意圖，在本實(shí)施方案中所述傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)加工裝置是一種分選裝置和一般表示為70的控制系統(tǒng)。加工裝置72的輸出通過(guò)管道74連接到樣品進(jìn)口斜槽76。加工裝置72可以是把植物的想要部分與其余部分分開(kāi)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，加工裝置72是單穗玉米脫粒機(jī)，其用來(lái)從玉米穗軸上取出玉米粒。單穗玉米脫粒機(jī)設(shè)計(jì)用于把玉米粒與穗軸分離。吸出玉米粒以去除任何小的多余碎屑，在收集腔中收集玉米粒，并在脫粒后排出穗軸。加工裝置72的輸出直接通過(guò)管道74，送入測(cè)試系統(tǒng)的樣品進(jìn)口斜槽76。樣品14通過(guò)管道74的移動(dòng)由真空推動(dòng)器92提供。帶有開(kāi)口的旋風(fēng)分離器78防止樣品離開(kāi)旋風(fēng)分離器78的腔室。所述開(kāi)口可以例如用螺線管開(kāi)啟。當(dāng)螺線管開(kāi)動(dòng)時(shí)(此時(shí)取樣裝置是空的并準(zhǔn)備接受新樣品)，旋風(fēng)分離器78的開(kāi)口被打開(kāi)，樣品落入用于測(cè)量樣品重量的稱重單元80。稱重單元80的底部是活板門82，其可以例如通過(guò)螺線管開(kāi)啟。在記錄樣品重量后，活板門82打開(kāi)，從而使樣品落入取樣裝置16中。
在本實(shí)施方案中，取樣裝置16連接到伺服控制直線移動(dòng)臺(tái)84，可以控制后者以恒定速度移動(dòng)取樣裝置16通過(guò)光測(cè)量裝置18的視場(chǎng)。臺(tái)84還用來(lái)移動(dòng)取樣裝置16進(jìn)入接收下一個(gè)樣品的位置或在測(cè)量完成后排出樣品14的位置。通過(guò)使樣品上相鄰的行成像獲得圖像，從而建立逐行的圖像。移動(dòng)臺(tái)84移動(dòng)取樣裝置16的速度由圖像行的寬度和每圖像楨照相機(jī)22的讀出速度決定。在圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)收集并且數(shù)據(jù)處理完成后，取樣裝置16的底部開(kāi)口46打開(kāi)，使得樣品可以落下。底部開(kāi)口46可以例如通過(guò)電子執(zhí)行器打開(kāi)。在取樣裝置16卸料后，樣品14落入分選裝置86中，其中樣品14被以機(jī)械方式引導(dǎo)到兩個(gè)或多個(gè)容器的任一個(gè)中。在一個(gè)實(shí)施方案中，分選裝置86可以包含電子開(kāi)啟的葉片，其把樣品引導(dǎo)到容器中。上述的加工、分析和分選組合可以設(shè)計(jì)為單一的單元，或者可以連接的分開(kāi)的單元。
可以包括控制系統(tǒng)88，以便使系統(tǒng)的全部功能自動(dòng)化，包括從照相機(jī)22收集圖像楨數(shù)據(jù)，移動(dòng)臺(tái)84的移動(dòng)，打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)口，移動(dòng)分選裝置葉片和數(shù)據(jù)分析。相關(guān)的供電和輸入/輸出控制器任選包含在電子箱90中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，分選裝置有多個(gè)葉片，從而可以分選到兩個(gè)以上容器中。如果一次測(cè)量多個(gè)特性，分選裝置86可以構(gòu)造成提供到數(shù)十個(gè)容器中的分類。
圖6是適用于本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)施中的電子控制系統(tǒng)的框圖。如圖6所示，在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括控制器、顯示器和鍵盤?？刂破靼瑱C(jī)械可讀碼，其使用從稱重單元80接收的信號(hào)控制系統(tǒng)的各個(gè)部件，即稱重單元控制器100，和光測(cè)量裝置18(通過(guò)連接件102和104)?？刂破飨蚋鱾€(gè)元件發(fā)信號(hào)，以通過(guò)連接106和伺服/步進(jìn)控制器108采取合適的動(dòng)作，后者可以是任何傳統(tǒng)的伺服/步進(jìn)控制器，如6K4控制器。伺服/步進(jìn)控制器108控制分選裝置86、照相機(jī)快門38、取樣裝置執(zhí)行器110、稱重單元開(kāi)口螺線管112、旋風(fēng)分離器電磁閥114，和可移動(dòng)臺(tái)84。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，各種控制器結(jié)構(gòu)和機(jī)器可讀碼可以用來(lái)進(jìn)行希望的系統(tǒng)自動(dòng)控制。
在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)如下起作用。在樣品被接受在旋風(fēng)分離器78中之后，把樣品抽空以排出多余的碎屑。移動(dòng)臺(tái)84把取樣裝置16移動(dòng)到其“原位”，該位置恰好在Spectralon反射參比材料48下面，在這里系統(tǒng)等待開(kāi)始獲得成像數(shù)據(jù)。電子快門38阻斷到光測(cè)量裝置18的進(jìn)口?？刂葡到y(tǒng)88獲得并儲(chǔ)存暗像，用于樣品反射率的后續(xù)計(jì)算。然后打開(kāi)電子快門38。移動(dòng)臺(tái)84加速取樣裝置16直至它達(dá)到其預(yù)定的恒定速度，使其通過(guò)光測(cè)量裝置18的視場(chǎng)。臺(tái)84的移動(dòng)開(kāi)始引發(fā)從光測(cè)量裝置18到控制系統(tǒng)88的圖像楨的獲得。通過(guò)成像樣品上的相鄰行，獲得分光圖像，從而逐行組成圖像。移動(dòng)臺(tái)84移動(dòng)取樣裝置16的速度由圖像行的寬度和每圖像楨光測(cè)量裝置18的讀出速度決定。對(duì)由于檢測(cè)器中的暗電流、在景物行上的照明空間不均勻性和光源顏色溫度漂移所產(chǎn)生的任何偏差，暗像以及每個(gè)樣品的反射參比目標(biāo)的獲得和儲(chǔ)存保證由系統(tǒng)進(jìn)行的正確補(bǔ)償。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)84移動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)繼續(xù)攝取圖像楨。當(dāng)在控制系統(tǒng)中遇到有效的“掃描結(jié)束”判據(jù)時(shí)，控制系統(tǒng)88停止獲得圖像楨和停止所述臺(tái)的移動(dòng)。在獲得每個(gè)圖像楨后，測(cè)試邏輯表達(dá)“掃描停止”。有效的圖像行的總數(shù)正比于樣品的總體積。樣品體積與來(lái)自稱重單元的重量數(shù)據(jù)一起用來(lái)計(jì)算產(chǎn)率。在收集圖像并完成數(shù)據(jù)處理之后，根據(jù)預(yù)定的選擇判據(jù)和光測(cè)量裝置18數(shù)據(jù)的分析，如前一樣進(jìn)行分選。
樣品的定量化學(xué)信息可以從本發(fā)明的收集的光譜數(shù)據(jù)提取。眾所周知，生物材料中所含的多原子有機(jī)分子呈現(xiàn)紅外和近紅外光譜區(qū)域中的吸收躍遷，并且這些躍遷良好地與有機(jī)官能團(tuán)相關(guān)聯(lián)。具體地，在770-2,500納米的近紅外區(qū)域中，O-H、C-H和N-H的有機(jī)官能團(tuán)的基本振動(dòng)頻率的譜波和組合譜帶提供分子譜特征，以便與化學(xué)組分的濃度相關(guān)聯(lián)。
當(dāng)用作光譜成像系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明提供許多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橛上到y(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的每個(gè)樣品單元反射的光被收集和測(cè)量，所以，對(duì)于散裝谷物樣品，可以獲得更精確的數(shù)據(jù)。圖7表示可以用本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案獲得的細(xì)節(jié)的類型。圖7表示在1,100納米的散裝玉米樣品的放大灰度圖像。還表示了兩個(gè)重疊的譜圖，一個(gè)對(duì)應(yīng)于在玉米粒的胚芽部分中的空間點(diǎn)，如圖像中所示，而另一個(gè)對(duì)應(yīng)于在胚乳部分中的空間點(diǎn)，如玉米粒的圖像中所示。從灰度圖像和光譜的比較可以看出，使用其光譜特征，兩個(gè)粒相互可以區(qū)分。分光圖像的分析可以用來(lái)基于例如但是不限于胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子尺寸、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、種子密度、種子完整性、油含量、蛋白質(zhì)含量、碳水化合物含量、淀粉含量、纖維含量和水含量進(jìn)行樣品分類。通過(guò)使用形貌濾光片估計(jì)給定體積的單元總數(shù)以及平均單元形狀，可以使用由樣品圖像提供的空間細(xì)節(jié)。
參見(jiàn)圖8，表示了本發(fā)明的一個(gè)替換的實(shí)施方案，其是漫射透射成像系統(tǒng)形式的。該實(shí)施方案中的取樣裝置116允許光通過(guò)兩個(gè)側(cè)面，并且由具有兩個(gè)石英窗的矩形腔室組成，光通過(guò)石英窗透射通過(guò)樣品到達(dá)光譜儀26的輸入狹縫。在漫射透射的情況下，光源12以距離X直接與光測(cè)量裝置18相對(duì)并在相同平面內(nèi)。來(lái)自光源12的光通過(guò)圓柱透鏡被引導(dǎo)成一行并瞄準(zhǔn)通過(guò)取樣裝置116，在取樣裝置116中，其被聚焦到光譜儀26的輸入狹縫中。用在反射實(shí)施方案中的校準(zhǔn)參比Spectralon材料被透射參比單元118代替，透射參比單元118由位于比色皿任一側(cè)的兩個(gè)小窗口組成，其一是石英的，而另一個(gè)用中等密度濾光鏡制備，使得可以收集參比圖像。用由透射參比圖像去除通過(guò)樣品14獲得的圖像行，進(jìn)行透射率測(cè)量。取樣裝置116底部包括在相對(duì)的兩側(cè)上有兩個(gè)石英窗的樣品單元120，含有與分析物相同的參比樣。分析過(guò)程如前進(jìn)行。
參考圖9，表示了本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施方案，其是用于單種子分析的慢射反射系統(tǒng)形式的。種子在取樣裝置122中排列，從而可以保持其位置和同一性。通過(guò)以類似于用于散裝樣品的系統(tǒng)的方式以固定速度移動(dòng)取樣裝置122獲得光譜圖像。圖10表示如上所述獲得的一盤24顆玉米粒的圖像。通過(guò)在三個(gè)獨(dú)特的波長(zhǎng)平面選擇3種灰度光譜圖像并使每一個(gè)按比例分成紅或綠或藍(lán)色分量，產(chǎn)生該圖像。還表示了兩個(gè)重疊的光譜，一個(gè)對(duì)應(yīng)于在胚乳區(qū)域內(nèi)個(gè)體種子上的空間點(diǎn)，而另一個(gè)光譜對(duì)應(yīng)于單個(gè)種子的胚芽區(qū)域中的空間點(diǎn)。區(qū)分樣品種子的不同組織(例如胚乳和胚芽)之間的能力使得可以測(cè)量在那些不同組織中的選定樣品特性。
上述的單種子分析可以與分選裝置86配合，分選裝置86可以逐個(gè)地分選每個(gè)種子。在本實(shí)施方案中，取樣裝置116具有隔板以便把個(gè)體種子分到單元中。取樣裝置116的底部包含可以差動(dòng)打開(kāi)的開(kāi)口，以根據(jù)編程序的選擇判據(jù)釋放任何或全部種子。另外，分選裝置86可以包括用于取樣裝置116中每個(gè)單元的可差動(dòng)控制的可移動(dòng)葉片，從而可以把種子同時(shí)卸出到分選裝置中。
雖然本發(fā)明的舉例說(shuō)明的實(shí)施方案包括在近紅外光譜區(qū)域中的光譜成像，但是也可以使用其它光譜區(qū)域，如可見(jiàn)光、紫外光或中紅外區(qū)域。此外，如果光源12被相干激光代替，則用本發(fā)明也可以進(jìn)行熒光成像。本發(fā)明實(shí)施方案包括使用取樣裝置16的取樣系統(tǒng)，該取樣裝置16移動(dòng)通過(guò)光測(cè)量裝置18的視場(chǎng)。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案使用固定的取樣裝置16，谷物樣品通過(guò)其流過(guò)石英窗。通過(guò)調(diào)節(jié)在稱重單元和取樣裝置之間的開(kāi)口，控制谷物在該單元中的流動(dòng)速度。通過(guò)允許形成通過(guò)的谷物的全部或部分圖像的速度在光測(cè)量裝置18中捕捉圖像，進(jìn)行通過(guò)的樣品的分析。
以下實(shí)施例僅是舉例說(shuō)明性的。不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明限于這些舉例說(shuō)明性的實(shí)施方案。
實(shí)施例1根據(jù)以下過(guò)程開(kāi)發(fā)散裝谷物校準(zhǔn)模型。基于其化學(xué)成分的范圍，篩選一組96顆散裝玉米樣品。樣品得自5種不同的油源和一種蛋白質(zhì)源。該樣品組包括基礎(chǔ)系、F1系、自交系、和雙重單倍體系。樣品重量為13克至100克。油范圍為4-13％(干物質(zhì)基，DMB)，蛋白質(zhì)為9-24％(DMB)，淀粉為60-75％(DMB)，水分為9-14％。
使用Tecator Infratec 1221 Grain Analyzer(Fos Tecator，P.O.Box 70，S-26321 Hoeganaes，Sweden)獲得參比分析數(shù)據(jù)以及由制造商提供的玉米的商品校準(zhǔn)模型。Tecator 1221 Grain Analyzer是近紅外慢射透射率儀器。其有一個(gè)內(nèi)置計(jì)算機(jī)并使用Partial LeastSquares回歸，基于用于校準(zhǔn)方程開(kāi)發(fā)的Infrasoft Win-ISI軟件。該儀器在850-1050納米范圍內(nèi)掃描。使用具有金屬插入物的樣品池，從而把有效取樣區(qū)域從42.8cm2減小到15.2cm2。樣品池的路徑長(zhǎng)度為2.60cm。數(shù)據(jù)獲得時(shí)間為每個(gè)樣品60秒，不包括從樣品腔中插入和取出樣品比色皿的時(shí)間。
使用如上所述的本發(fā)明的方法把樣品在本發(fā)明的裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)鑒定在與每個(gè)樣品相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中的所有空間像元并把相應(yīng)的光譜取平均值，對(duì)于96顆散裝種子產(chǎn)生平均光譜。對(duì)于重疊的全部96顆平均光譜的反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線表示在圖11中。對(duì)于96顆具有不同化學(xué)組成的散裝玉米樣品中的4個(gè)的代表性平均光譜表示在圖12中。
在進(jìn)行建模之前，使用具有9點(diǎn)有限差范圍(window)和二次多項(xiàng)式系數(shù)的Savitsky-Golay二階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算法則，轉(zhuǎn)換每個(gè)反射光譜。一旦光譜被分解成其主分量并通過(guò)蛋白質(zhì)、油、淀粉和水分的因變量加權(quán)，就基于每個(gè)光譜的計(jì)算(scores)進(jìn)行部分最小二乘法模型的回歸過(guò)程。
在所處理的平均中心反射率光譜上進(jìn)行建模。對(duì)于感興趣所有化學(xué)組分使用單部分最小二乘法(PLS)2-型模型蛋白質(zhì)、油、淀粉和水分。使用The Unscrambler軟件，Camo ASA，Oslo，Norway)進(jìn)行化學(xué)統(tǒng)計(jì)建模。如Haaland和Thomas，Anal.Chem.，60，1,193-1,202(1998)和Geladi和Kowalski，Anal.Chem.Acta，185，1-17，(1986)所述的進(jìn)行PLS建模過(guò)程，這兩篇文獻(xiàn)整體引入本文作為參考。用測(cè)定的多變量系數(shù)(r2)、在測(cè)量值與模型值之間的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)、以及在測(cè)量組分和模型組分的平均值之間的偏差，確定模型性能。進(jìn)行全交叉驗(yàn)證計(jì)算判斷所產(chǎn)生的模型的性能。圖13表示對(duì)于散裝玉米的總的油、蛋白質(zhì)、淀粉和水分的部分最小二乘法2型模型的總解釋驗(yàn)證變化率與主組分?jǐn)?shù)量的關(guān)系曲線。從圖13的曲線可以看出，模型獲得74％的驗(yàn)證變化率。
對(duì)于油、蛋白質(zhì)、淀粉和水分，建模過(guò)程的結(jié)果分別表示在圖14-17中。圖14-17是每種特性的預(yù)測(cè)百分比與通過(guò)參比技術(shù)確定的該特性的百分比的關(guān)系曲線。所用的PLS模型的性能總結(jié)表示在圖18中。
實(shí)施例2基于其化學(xué)成分的范圍，選擇一組288顆個(gè)體玉米粒樣品。該樣品組包括F1系、自交系、和雙重單倍體系。樣品重量范圍為100毫克至584毫克。油范圍為0.4-19.3％(原樣基，未對(duì)水分進(jìn)行校正)，如在23兆赫Maran NMR單種子分光儀(Resonance Research Inc.，Oxford，England)上所測(cè)定的，蛋白質(zhì)為7-17％(干重基)，如使用Infratec 1221 Near Infrared分光儀(Fos Tecator，P.O.Box70，S-26321 Hoeganaes，Sweden)由散裝玉米測(cè)量所估計(jì)的。
使用低場(chǎng)NMR技術(shù)測(cè)定每個(gè)個(gè)體種子的絕對(duì)油濃度。該過(guò)程是無(wú)損的并且對(duì)玉米種子無(wú)害。使用具有18毫米探頭的Maran Ultra-20Benchtop NMR光譜儀(Resonance Research Inc.，Oxford，England)測(cè)定每顆種子的油，所得的數(shù)據(jù)用來(lái)建立化學(xué)統(tǒng)計(jì)校準(zhǔn)模型。得自該光譜儀的油數(shù)據(jù)不對(duì)水分進(jìn)行校正。該方法具有每顆種子0-0.22克的典型分析范圍(對(duì)于0.22克種子為0-25％)，典型的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為0.39-0.44％。樣品獲得時(shí)間為每顆種子約20秒。該技術(shù)需要每個(gè)種子的準(zhǔn)確重量，以計(jì)算油濃度百分比。
對(duì)于油的化學(xué)組分開(kāi)發(fā)部分最小二乘法(PLS)1型模型。使用稱為The Unscrambler的軟件包(Camo ASA，Oslo，Norway)進(jìn)行化學(xué)統(tǒng)計(jì)建模。PLS建模過(guò)程的數(shù)學(xué)方法如實(shí)施例1所述。通過(guò)鑒定與每顆種子相關(guān)的高-光譜數(shù)據(jù)立方體中的所有空間像元并使相應(yīng)譜圖平均，對(duì)于每顆單個(gè)種子樣品產(chǎn)生平均譜圖。所重疊的全部所得的288平均譜圖的曲線表示在圖19中，圖19是反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。對(duì)于具有不同油濃度的6顆單粒玉米樣品的典型平均譜圖表示在圖20中。
在進(jìn)行PLS模型計(jì)算之前，使用全乘法散射校正(fullmultiplicative scatter correction)(MSC)(見(jiàn)Martens和Naes，Near Infrared Technology in Agircultureal and Food Industries，eds，Williams and Norris，Am.Cereal Chem.)和使用具有15點(diǎn)有限差范圍和二次多項(xiàng)式系數(shù)的Savitsky-Golay二階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算法則轉(zhuǎn)換每個(gè)反射譜圖。如在實(shí)施例1中一樣在平均中心反射譜圖上進(jìn)行建模。一旦譜圖被分解成其主要分量并通過(guò)油的因變量加杈，就基于每個(gè)譜圖的計(jì)算進(jìn)行PLS模型中的回歸過(guò)程。用測(cè)定的多變量系數(shù)(r2)、在測(cè)量值與模型值之間的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)、以及在測(cè)量組分的平均值和模型組分之間的偏差，確定模型性能。進(jìn)行全交叉驗(yàn)證計(jì)算判斷所產(chǎn)生的模型的性能。圖21表示單粒玉米的總油量的PLS1型模型的總解釋驗(yàn)證變化率與主組分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。從圖21的曲線可以看出，該模型獲得87％的總驗(yàn)證變化率。
對(duì)于油的建模過(guò)程的結(jié)果表示在圖22中。對(duì)于用265個(gè)校正樣品對(duì)總油量開(kāi)發(fā)的PLS模型，測(cè)定的多變量系數(shù)r2為0.93，標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)偏差SEP為1.23。在測(cè)量值的平均值和模型預(yù)測(cè)值之間的偏差為0.000163。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括以下步驟(A)接收所述種子；(B)把光從光源引導(dǎo)到所述種子，從而形成發(fā)射光；(C)把所述發(fā)射光分散，形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收所述色散光，該陣列包括限定種子上的多個(gè)樣品點(diǎn)的空間尺度和對(duì)于來(lái)自多個(gè)樣品點(diǎn)的每一個(gè)的色散光確定光譜數(shù)據(jù)的光譜尺度；(E)用所述光測(cè)量裝置輸出每一個(gè)所述多數(shù)據(jù)點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)信號(hào)；(F)基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)，確定所述種子在多樣品點(diǎn)的個(gè)體處是否呈現(xiàn)所述特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述特性是一種定量特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述特性是一種生物化學(xué)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述生物化學(xué)特性選自油含量、蛋白質(zhì)含量、碳水化合物含量、淀粉含量、纖維含量和水含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述生物化學(xué)特性選自油組成、蛋白質(zhì)組成、碳水化合物組成和纖維組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述特性是形貌特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述形貌特性選自胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子尺寸、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、種子密度和種子完整性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，發(fā)射的光選自由種子在多樣品點(diǎn)的每一個(gè)處的反射光和在多樣品點(diǎn)的每一個(gè)處通過(guò)樣品的透射光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述種子完整性與疾病易感性或抵抗性相關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述種子完整性與對(duì)昆蟲(chóng)傳染耐受性或易感性相關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述種子完整性與對(duì)真菌感染的耐受性或易感性相關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述種子完整性是整個(gè)種子的完整性。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述色散光在900-1,700nm波長(zhǎng)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述色散光提供至少在900-1,700nm光譜范圍內(nèi)的光譜圖像，光譜分散為至少150nm/mm，光譜分辨率至少為20納米。
15.根據(jù)權(quán)利要求75的設(shè)備，其中，所述光譜儀選自棱鏡-光柵-棱鏡光譜儀或反射光柵光譜儀。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述光源能夠提供包含900-1,700納米波長(zhǎng)的光。
17.根據(jù)權(quán)利要求75的設(shè)備，其中，所述光源選自鹵素?zé)簟㈡u鹵素?zé)?、長(zhǎng)絲鹵素?zé)簟㈦療?、氙氣閃光燈、熒光燈、氖燈和汞燈。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟(A)-(F)可以在小于5秒內(nèi)進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述照相機(jī)選自銻化銦照相機(jī)、碲化鎘汞照相機(jī)、硅化鉑照相機(jī)、砷摻雜硅照相機(jī)、砷化鎵銦照相機(jī)和CCD照相機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在步驟(F)中，確定是否呈現(xiàn)一種以上特性。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述特性是胚乳中的油量。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述確定步驟包括確定所述特性在種子內(nèi)的相對(duì)空間分布的步驟。
23.一種確定植物組織是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括以下步驟(A)接收所述植物組織；(B)把光從光源引導(dǎo)到所述植物組織，從而形成透射或反射光；(C)把所述透射或反射光分散，形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收所述色散光，該陣列包括限定植物組織上的多個(gè)樣品點(diǎn)的空間尺度和對(duì)于來(lái)自多個(gè)樣品點(diǎn)的每一個(gè)的色散光限定光譜數(shù)據(jù)的光譜尺度；(E)用所述光測(cè)量裝置輸出所述多數(shù)據(jù)點(diǎn)的每一個(gè)的光譜數(shù)據(jù)信號(hào)；(F)基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)，確定所述植物組織在多樣品點(diǎn)的個(gè)體處是否呈現(xiàn)所述特性。
24.一種確定一批種子是否含有呈現(xiàn)一種特性的種子的方法，其包括(A)接收所述種子批；(B)把光從光源引導(dǎo)到所述種子批，從而形成透射或反射光；(C)把所述透射或反射光分散，形成色散光；(D)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收所述色散光，該陣列包括限定該批種子上多個(gè)樣品點(diǎn)的空間尺度和對(duì)于來(lái)自多個(gè)樣品點(diǎn)的每一個(gè)的色散光限定光譜數(shù)據(jù)的光譜尺度；(E)用所述光測(cè)量裝置輸出所述多數(shù)據(jù)點(diǎn)的每一個(gè)的光譜數(shù)據(jù)信號(hào)；(F)基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)，確定所述種子批中的個(gè)體種子是否呈現(xiàn)所述特性，其中，所述確定的步驟包括使所述個(gè)體種子與多樣品點(diǎn)的相應(yīng)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的步驟。
25.權(quán)利要求24的方法，其中，所述接收所述種子批的步驟包括為所述種子批中的每個(gè)所述種子在取樣裝置內(nèi)提供單獨(dú)的腔室的步驟，從而使得在所述確定所述種子批的個(gè)體種子是否呈現(xiàn)所述特性之后可以進(jìn)行種子的個(gè)體分選。
26.權(quán)利要求24的方法，其中，所述種子批包含10顆以上的個(gè)體種子。
27.權(quán)利要求24的方法，其中，所述分散步驟包括把所述透射或反射光分散形成與所述種子批中每個(gè)個(gè)體種子中的多樣品點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的色散光的步驟，并且其中所述確定步驟包括基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)確定個(gè)體種子在多樣品點(diǎn)的個(gè)體處是否呈現(xiàn)所述特性的步驟。
28.權(quán)利要求24的方法，其中，所述種子批包含多于50顆個(gè)體種子。
29.權(quán)利要求24的方法，其中，所述方法可以用小于約10秒在所述種子批上進(jìn)行。
30.權(quán)利要求24的方法，其中，所述方法可以用小于約5秒在所述種子批上進(jìn)行。
31.一種確定一種樣品是否呈現(xiàn)一種特性的方法，其包括以下步驟把光引導(dǎo)到樣品上以產(chǎn)生來(lái)自該樣品的許多離散空間樣品點(diǎn)發(fā)射的混合波長(zhǎng)的光；把對(duì)于每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的發(fā)射光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)的光譜圖像；關(guān)于每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)，檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組成波長(zhǎng)；和相對(duì)于一種模型處理所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該樣品在每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型使光譜圖像中某種組成波長(zhǎng)的存在與在該樣品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
32.權(quán)利要求31的方法，其中，所述樣品是農(nóng)產(chǎn)品，包括個(gè)體種子、一批種子和一種植物組織。
33.權(quán)利要求31的方法，其中，所述發(fā)射光包括來(lái)自樣品的反射光。
34.權(quán)利要求31的方法，其中，所述發(fā)射光包括通過(guò)樣品的透射光。
35.權(quán)利要求31的方法，其中，所述處理步驟還包括確定在每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)確定所呈現(xiàn)的某種特性的定量的步驟。
36.權(quán)利要求31的方法，其中，所述特性包括生物化學(xué)特性，選自油、蛋白質(zhì)、碳水化合物、淀粉、纖維和水。
37.權(quán)利要求36的方法，其中，淀粉的生物化學(xué)特性還包括選自支鏈淀粉和直鏈淀粉的淀粉表型。
38.權(quán)利要求31的方法，其中，所述特性包括胚乳突變特性，選自胚乳中玉米蛋白減少和氨基酸量。
39.權(quán)利要求31的方法，其中，所述特性包括形貌特性，選自胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、種子密度和種子同一性。
40.權(quán)利要求31的方法，其中，所述特性包括玉米損壞的指標(biāo)，其選自玻璃狀與非玻璃狀胚乳的比例、粒密度、平均粒重、果皮數(shù)量、果皮質(zhì)量、粒尺寸和粒形狀。
41.權(quán)利要求31的方法，其中，所述引導(dǎo)光的步驟包括引導(dǎo)包含900-1,700納米波長(zhǎng)的光的步驟。
42.權(quán)利要求31的方法，其中，所述分散步驟包括把發(fā)射光分散成具有至少150nm/mm的光譜色散和至少20nm的光譜分辨率的光譜圖像的步驟。
43.權(quán)利要求31的方法，其還包括測(cè)量樣品重量的步驟；且其中所述處理步驟還包括按測(cè)量的樣品重量確定所呈現(xiàn)的某種特性的定量的步驟。
44.權(quán)利要求31的方法，其還包括基于所確定的呈現(xiàn)某種特性的存在把樣品分到許多目標(biāo)中的步驟。
45.權(quán)利要求31的方法，其還包括基于確定的呈現(xiàn)某種特性的存在篩選優(yōu)選的樣品個(gè)體的步驟。
46.一種確定樣品是否呈現(xiàn)一種特性的設(shè)備，其包括一種光源，把光引導(dǎo)到樣品上，以產(chǎn)生在許多離散的空間樣品點(diǎn)從樣品發(fā)射的混合波長(zhǎng)的光；一種光譜儀，其把每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)的光譜圖像；一種照相機(jī)，其包括對(duì)于每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)用于檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組分波長(zhǎng)的檢測(cè)器；和一種處理器，其針對(duì)一種模型比較檢測(cè)的組分波長(zhǎng)，以確定該樣品在每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型把在光譜圖像中存在的某些組成波長(zhǎng)與在樣品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)處呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
47.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述樣品是農(nóng)產(chǎn)品，包括個(gè)體種子、一批種子和一種植物組織。
48.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述發(fā)射光包括來(lái)自樣品的反射光。
49.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述發(fā)射光包括通過(guò)樣品的透射光。
50.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述處理器還用來(lái)確定在離散的樣品點(diǎn)處確定所呈現(xiàn)的某種特性的定量。
51.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述特性包括生物化學(xué)特性，選自油、蛋白質(zhì)、碳水化合物、淀粉、纖維和水。
52.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，淀粉的生物化學(xué)特性還包括選自支鏈淀粉和直鏈淀粉的淀粉表型。
53.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述特性包括胚乳突變特性，選自胚乳中玉米蛋白減少和氨基酸量。
54.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述特性包括形貌特性，選自胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、種子密度和種子完整性。
55.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述特性包括玉米粒損壞的指標(biāo)，選自玻璃狀與非玻璃狀胚乳的比例、粒密度、平均粒重、果皮數(shù)量、果皮質(zhì)量、粒尺寸和粒形狀。
56.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述光源引導(dǎo)包含900-1,700納米波長(zhǎng)的光。
57.權(quán)利要求46的設(shè)備，其中，所述光譜儀把發(fā)射光分散成具有至少150nm/mm的光譜色散和至少20nm的光譜分辨率的光譜圖像。
58.權(quán)利要求46的設(shè)備，其還包括一種測(cè)量樣品重量的裝置；且其中所述處理器按測(cè)量的樣品重量確定所呈現(xiàn)的某種特性的定量。
59.權(quán)利要求46的設(shè)備，其還包括一個(gè)分選器，用于接收樣品并基于所確定的呈現(xiàn)某種特性的存在把樣品分選到許多目標(biāo)中。
60.權(quán)利要求46的設(shè)備，其還包括一種用于盛裝樣品的樣品容器；和一種支持樣品容器的直線移動(dòng)臺(tái)，其可以相對(duì)于光譜儀移動(dòng)樣品容器，以在其中容納的樣品上進(jìn)行來(lái)自光源的光的掃描，產(chǎn)生在離散的空間樣品點(diǎn)處發(fā)射的混合波長(zhǎng)的光。
61.權(quán)利要求60的設(shè)備，其中，來(lái)自光源的光形成光行，其通過(guò)樣品容器的直線移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)掃過(guò)樣品。
62.權(quán)利要求66的設(shè)備，其還包括加工裝置，選自脫粒機(jī)、打谷機(jī)、和聯(lián)合收割機(jī)，用于為特性確定分析提供樣品。
63.一種方法，包括以下步驟(A)把一行光引導(dǎo)到農(nóng)業(yè)樣品的一部分上，從而形成發(fā)射的光；(B)對(duì)于沿著該行光的農(nóng)業(yè)樣品的部分上的許多離散空間樣品點(diǎn)，把發(fā)射的光分散成相應(yīng)的包含許多組成波長(zhǎng)的光譜圖像；(C)關(guān)于沿著該行光的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)，檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組成波長(zhǎng)；(D)重復(fù)步驟(A)-(C)，掃描農(nóng)業(yè)樣品的每個(gè)部分；和(E)從對(duì)于每個(gè)掃描部分的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)處的檢測(cè)組成波長(zhǎng)產(chǎn)生該農(nóng)業(yè)樣品的高光譜數(shù)據(jù)立方體。
64.權(quán)利要求63的方法，其還包括相對(duì)于一種模型處理加工在高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)的步驟，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)處是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型把光譜圖像中某種組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)業(yè)樣品在相應(yīng)的離散空間樣品點(diǎn)存在所呈現(xiàn)的某種特性相關(guān)聯(lián)。
65.權(quán)利要求63的方法，還包括處理步驟，該步驟相對(duì)于一種模型處理與某些部分中的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組分波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在該部分中的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型使光譜圖像中某些組成波長(zhǎng)的存在與在該農(nóng)業(yè)樣品的某些部分的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)存在所呈現(xiàn)的某種特性相關(guān)聯(lián)。
66.權(quán)利要求63的方法，其還包括處理步驟，該步驟相對(duì)于一種模型處理與某些部分中的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在該部分是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型使某些部分中的離散空間樣品點(diǎn)的光譜圖像中某些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)業(yè)樣品的某些部分存在所呈現(xiàn)的某種特性相關(guān)聯(lián)。
67.權(quán)利要求66的方法，其還包括把某些部分的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)取平均值的步驟，以形成某些部分的平均光譜，用于相對(duì)于所述模型進(jìn)行處理。
68.一種設(shè)備，其包括以下步驟一種光源，其把一行光引導(dǎo)到一部分農(nóng)業(yè)樣品，以產(chǎn)生發(fā)射光；一種光譜儀，其對(duì)于沿著該行光的農(nóng)業(yè)樣品部分上的許多離散的空間樣品點(diǎn)的每一個(gè)把發(fā)射光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)光譜圖像；一種照相機(jī)，其包括用于關(guān)于每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像中的組成波長(zhǎng)；一種相對(duì)于該行光移動(dòng)農(nóng)業(yè)樣品的裝置，以掃描每部分的農(nóng)業(yè)樣品；和一種處理器，其用于從每個(gè)掃描部分的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)產(chǎn)生該農(nóng)業(yè)樣品的高光譜數(shù)據(jù)立方體。
69.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中，該農(nóng)業(yè)樣品選自一個(gè)種子、一批種子和一種植物組織。
70.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中，用于移動(dòng)的裝置包括一個(gè)容納農(nóng)業(yè)樣品的樣品容器；和一個(gè)直線移動(dòng)臺(tái)，其支持樣品容器并可以相對(duì)該行光移動(dòng)樣品容器。
71.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中，所述處理器還可以用來(lái)相對(duì)一種模型處理在高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)是否呈現(xiàn)某種特性，該模型使光譜圖像中的某些組成波長(zhǎng)的存在與農(nóng)業(yè)樣品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
72.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中，所述處理器還可以用來(lái)相對(duì)一種模型處理與某些部分中的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在該某些部分中的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)是否呈現(xiàn)某種特性，該模型使光譜圖像中的某些組成波長(zhǎng)的存在與農(nóng)業(yè)樣品的某些部分的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)處所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
73.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中，所述處理器還可以用來(lái)相對(duì)一種模型處理與某些部分中的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)業(yè)樣品在該某些部分是否呈現(xiàn)某種特性，該模型使某些部分中的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)的光譜圖像中某些組成波長(zhǎng)的存在與農(nóng)業(yè)樣品的某些部分所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
74.權(quán)利要求73的設(shè)備，其中，所述處理器還用來(lái)把與某一部分中的離散空間樣品點(diǎn)相關(guān)的高光譜數(shù)據(jù)立方體中所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)取平均值，以形成某些部分的平均光譜，用于相對(duì)于所述模型進(jìn)行處理。
75.一種向植物中基因滲入一種特性的方法，其包括以下步驟(A)把光從光源引導(dǎo)到一個(gè)種子上，從而形成發(fā)射的光；(B)把所述發(fā)射光分散形成色散光；(C)在包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列的光測(cè)量裝置中接收所述色散光，該陣列包括限定種子上的多樣品點(diǎn)的空間尺度和限定每個(gè)多樣品點(diǎn)的色散光的光譜數(shù)據(jù)的光譜尺度；(D)用所述光測(cè)量裝置輸出每個(gè)所述多數(shù)據(jù)點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)信號(hào)；(E)基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)確定在多樣品點(diǎn)的個(gè)體處所述種子是否呈現(xiàn)一種感興趣的特性；(F)如果確定步驟鑒定該種子呈現(xiàn)感興趣的特性，則選擇該種子用于育種；(G)由選定的種子種植能繁殖的植物；和(H)使用該能繁殖的植物在與另一個(gè)植物雜交中作為親本植物。
76.權(quán)利要求75的方法，其中，所述雜交產(chǎn)生一種后代植物，其產(chǎn)生種子，并且還包括使用步驟(A)-(F)篩選該后代植物的種子的步驟。
77.權(quán)利要求75的方法，其中，所述能繁殖的植物是所述雜交的父本。
78.權(quán)利要求75的方法，其中，所述能繁殖的植物是所述雜交的母本。
79.權(quán)利要求75的方法，其中，所述雜交產(chǎn)生一種后代植物，其產(chǎn)生種子，并且該方法還包括重復(fù)步驟(A)-(H)以選擇性地培育其種子具有感興趣的特性的植物。
80.一種確定一個(gè)種子是否呈現(xiàn)一種特性的設(shè)備，其包括一種用于容納所述種子的取樣裝置；一種光源，其把光引導(dǎo)到所述種子，從而形成發(fā)射光；一種光譜儀，其分散所述發(fā)射光形成色散光；一種光測(cè)量裝置，其接收所述色散光，該裝置包含多數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列，該陣列包括限定種子的多樣品點(diǎn)的空間尺度和限定每個(gè)多樣品點(diǎn)的色射光的光譜數(shù)據(jù)的光譜尺度，該裝置輸出每個(gè)所述多數(shù)據(jù)點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)信號(hào)；和一種處理器，用于基于所述光譜數(shù)據(jù)信號(hào)確定所述種子在多數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)體處是否呈現(xiàn)所述特性。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述特性是一種定量特性。
82.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述特性是一種生物化學(xué)特性。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的設(shè)備，其中，所述生物化學(xué)特性選自油含量、蛋白質(zhì)含量、碳水化合物含量、淀粉含量、纖維含量和水含量。
84.根據(jù)權(quán)利要求82的設(shè)備，其中，所述生物化學(xué)特性選自油組成、蛋白質(zhì)組成、碳水化合物組成和纖維組成。
85.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述特性是一種形貌特性。
86.根據(jù)權(quán)利要求85的設(shè)備，其中，所述形貌特性選自胚乳尺寸、胚芽尺寸、種子形狀、種子尺寸、種子顏色、種子表面結(jié)構(gòu)、種子重量、和種子完整性。
87.根據(jù)權(quán)利要求86的設(shè)備，其中，所述種子完整性與疾病易感性或耐受性相關(guān)。
88.根據(jù)權(quán)利要求87的設(shè)備，其中，所述疾病易感性或耐受性是對(duì)昆蟲(chóng)傳染的易感性或耐受性。
89.根據(jù)權(quán)利要求87的設(shè)備，其中，所述疾病易感性或耐受性是對(duì)真菌感染的耐受性或易感性。
90.根據(jù)權(quán)利要求87的設(shè)備，其中，所述種子完整性是整個(gè)種子的完整性。
91.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述發(fā)射光選自在每個(gè)多樣品點(diǎn)來(lái)自種子的反射光和在每個(gè)多樣品點(diǎn)通過(guò)種子的透射光。
92.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述色散光在900-1,700nm的波長(zhǎng)之間。
93.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光譜儀能夠提供至少在900-1,700nm光譜范圍的光譜圖像的色散光，光譜色散至少為150nm/mm和光譜分辨率至少為20nm。
94.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光譜儀選自棱柱-光柵-棱柱光譜儀或反射光柵光譜儀。
95.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光源能提供包含900-1,700納米波長(zhǎng)的光。
96.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光源選自鹵素?zé)簟㈡u鹵素?zé)?、長(zhǎng)絲鹵素?zé)?、氙燈、氙氣閃光燈、熒光燈、氖燈和汞燈。
97.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述取樣裝置選自包含一般為水平表面的透明容器。
98.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述取樣裝置安裝在直線移動(dòng)臺(tái)上，其能夠相對(duì)于所述分光計(jì)移動(dòng)。
99.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光測(cè)量裝置包含具有大于7,500個(gè)像元、小于20微米的間距，和大于每秒25楨楨速的焦平面。
100.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述光測(cè)量裝置選自銻化銦照相機(jī)、碲化鎘汞照相機(jī)、硅化鉑照相機(jī)、砷摻雜硅照相機(jī)、砷化鎵銦照相機(jī)和CCD照相機(jī)。
101.根據(jù)權(quán)利要求80的設(shè)備，其中，所述處理器確定是否具有一個(gè)以上特性。
102.一種區(qū)分單倍體樣品與非單倍體樣品的方法，其包括以下步驟把光引導(dǎo)到一個(gè)種子上，產(chǎn)生在許多離散的空間樣品點(diǎn)從該種子發(fā)出的混合波長(zhǎng)的光；把每個(gè)離散的空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的發(fā)射光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)的光譜圖像；關(guān)于每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組成波長(zhǎng)；和相對(duì)一種模型處理在所述種子上的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)，以確定該種子是否是單倍體，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與由單倍體特性產(chǎn)生的表型相關(guān)聯(lián)。
103.權(quán)利要求102的方法，其中，發(fā)射光包含來(lái)自該農(nóng)產(chǎn)品的反射光。
104.權(quán)利要求102的方法，其中，發(fā)射光包含通過(guò)該農(nóng)產(chǎn)品的透射光。
105.權(quán)利要求102的方法，其中，處理步驟還包括區(qū)分種子內(nèi)胚乳位置的步驟。
106.權(quán)利要求105的方法，其中，處理步驟還包括處理在種子胚乳內(nèi)的那些離散空間樣品點(diǎn)所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)的步驟，以檢測(cè)種子是單倍體的花青素(anthocyainin)著色象征。
107.權(quán)利要求102的方法，其中，處理步驟還包括區(qū)分種子內(nèi)胚胎位置的步驟。
108.權(quán)利要求107的方法，其中，處理步驟還包括處理在種子胚胎內(nèi)的那些離散空間樣品點(diǎn)所檢測(cè)的組成波長(zhǎng)的步驟，以檢測(cè)種子是單倍體的著色象征的缺少。
109.權(quán)利要求102的方法，其還包括基于該種子是否被確定為單倍體而把種子分選到許多目標(biāo)中的步驟。
110.權(quán)利要求102的方法，其還包括基于該種子是單倍體的確定篩選種子的步驟。
111.一種區(qū)分單倍體樣品與非單倍體樣品的設(shè)備，其包括一種光源，其把光引導(dǎo)到農(nóng)產(chǎn)品上，以產(chǎn)生由該農(nóng)產(chǎn)品在許多離散的空間樣品點(diǎn)發(fā)射混合波長(zhǎng)的光；一種光譜儀，其把每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的發(fā)射光分散到包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)光譜圖像中；一種照相機(jī)，其包括用于關(guān)于每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像范圍內(nèi)的組成波長(zhǎng)的檢測(cè)器；和一種處理器，其用來(lái)把種子上的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)與一種模型比較，以確定該種子是否是單倍體，該模型把光譜圖像中的某些組成波長(zhǎng)的存在與由單倍體特性產(chǎn)生的表型相聯(lián)系。
112.權(quán)利要求111的設(shè)備，其中，發(fā)射光包含來(lái)自該農(nóng)產(chǎn)品的反射光。
113.權(quán)利要求111的設(shè)備，其中，發(fā)射光包含通過(guò)所述樣品的透射光。
114.權(quán)利要求111的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)區(qū)分種子內(nèi)胚乳的位置。
115.權(quán)利要求114的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)處理種子胚乳內(nèi)的那些離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以檢測(cè)種子是單倍體的花青素著色象征。
116.權(quán)利要求111的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)區(qū)分種子內(nèi)胚胎的位置。
117.權(quán)利要求116的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)處理種子胚胎內(nèi)的那些離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以檢測(cè)種子是單倍體的著色象征的缺少。
118.權(quán)利要求111的設(shè)備，其還包括一種分選機(jī)，其基于種子是否被確定為單倍體把種子引導(dǎo)到許多目標(biāo)中。
119.權(quán)利要求111的設(shè)備，其還包括一個(gè)選擇器，其基于該種子是單倍體的確定選擇種子。
120.一種區(qū)分性分析農(nóng)業(yè)樣品的各部分的方法，其包括以下步驟把光引導(dǎo)到農(nóng)業(yè)樣品上，以產(chǎn)生從該農(nóng)業(yè)樣品在許多離散的空間樣品點(diǎn)發(fā)射的混合波長(zhǎng)的光；把每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的發(fā)射光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)的光譜圖像；關(guān)于每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組成波長(zhǎng)；和相對(duì)于一種模型處理在農(nóng)業(yè)樣品上的每一個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以鑒定一個(gè)或多個(gè)離散空間樣品點(diǎn)為與該農(nóng)業(yè)樣品的某些部分相關(guān)的，該模型把在光譜圖像內(nèi)的某些組成波長(zhǎng)的存在與農(nóng)業(yè)樣品的一些部分相關(guān)聯(lián)。
121.權(quán)利要求120的方法，其中發(fā)射光包含來(lái)自農(nóng)業(yè)樣品的反射光。
122.權(quán)利要求120的方法，其中，發(fā)射光包含通過(guò)農(nóng)業(yè)樣品的透射光。
123.權(quán)利要求120的方法，其中，某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚乳部分，處理步驟還包括鑒定與胚乳部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)的步驟。
124.權(quán)利要求123的方法，其中，處理步驟還包括相對(duì)于一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚乳部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)的步驟，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚乳部分中是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
125.權(quán)利要求120的方法，其中，某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚芽部分，并且處理步驟還包括鑒定與胚芽部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)的步驟。
126.權(quán)利要求125的方法，其中，處理步驟還包括相對(duì)一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚芽部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)的步驟，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚芽部分中是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
127.權(quán)利要求120的方法，其中，所述某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚胎部分，并且處理步驟還包括鑒定與胚胎部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)的步驟。
128.權(quán)利要求127的方法，其中，處理步驟還包括相對(duì)一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚胎部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)的步驟，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚胎部分中是否呈現(xiàn)某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
129.權(quán)利要求120的方法，其中，農(nóng)業(yè)樣品包含一批種子，并且所述某些部分包含在該批種子內(nèi)的個(gè)體種子，處理步驟還包含鑒定與個(gè)體種子相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)的步驟。
130.權(quán)利要求129的方法，其中，處理步驟還包括相對(duì)一種模型處理與該批種子中的個(gè)體種子相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)的步驟，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在每個(gè)個(gè)體種子中是否呈現(xiàn)出某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
131.權(quán)利要求120的方法，其還包括基于某些部分的特性分析把種子分選到許多目標(biāo)中的步驟。
132.權(quán)利要求120的方法，其還包括基于某些部分的特性分析篩選種子的步驟。
133.一種區(qū)分性分析農(nóng)業(yè)樣品的各部分的設(shè)備，其包括一種光源，其把光引導(dǎo)到農(nóng)業(yè)樣品上，以產(chǎn)生從該農(nóng)業(yè)樣品在許多離散的空間樣品點(diǎn)發(fā)射的混合波長(zhǎng)的光；一種光譜儀，其把每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的混合波長(zhǎng)的發(fā)射光分散成包含許多組成波長(zhǎng)的相應(yīng)的光譜圖像；一種照相機(jī)，其包括關(guān)于每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)檢測(cè)在相應(yīng)的光譜圖像內(nèi)的組成波長(zhǎng)的檢測(cè)器；和一種處理器，其用于把農(nóng)業(yè)樣品上的每個(gè)離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)與一種模型相比較，以鑒定一個(gè)或多個(gè)離散空間樣品點(diǎn)為與該農(nóng)業(yè)樣品的某些部分相關(guān)的，該模型把在光譜圖像內(nèi)的某些組成波長(zhǎng)的存在與農(nóng)業(yè)樣品的一些部分相關(guān)聯(lián)。
134.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中發(fā)射光包含來(lái)自農(nóng)業(yè)樣品的反射光。
135.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中，發(fā)射光包含通過(guò)農(nóng)業(yè)樣品的透射光。
136.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中，某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚乳部分，處理器還用來(lái)鑒定與胚乳部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)。
137.權(quán)利要求136的設(shè)備，其中，處理器還用于相對(duì)于一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚乳部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚乳部分中是否具有某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
138.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中，某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚芽部分，并且處理器還用來(lái)鑒定與胚芽部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)。
139.權(quán)利要求138的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)相對(duì)一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚芽部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚芽部分中是否呈現(xiàn)出某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
140.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中，所述某些部分包括農(nóng)業(yè)樣品的胚胎部分，并且處理器還用來(lái)鑒定與胚胎部分相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)。
141.權(quán)利要求140的設(shè)備，其中，處理器還用于相對(duì)一種模型處理與農(nóng)業(yè)樣品的胚胎部分相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在胚胎部分中是否呈現(xiàn)出某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
142.權(quán)利要求133的設(shè)備，其中，農(nóng)業(yè)樣品包含一批種子，并且所述某些部分包含在該批種子內(nèi)的個(gè)體種子，處理器還用來(lái)鑒定與個(gè)體種子相關(guān)的離散空間樣品點(diǎn)。
143.權(quán)利要求142的設(shè)備，其中，處理器還用來(lái)相對(duì)一種模型處理與該批種子中的個(gè)體種子相關(guān)的那些鑒定的離散空間樣品點(diǎn)的檢測(cè)組成波長(zhǎng)，以確定該農(nóng)產(chǎn)品在每個(gè)個(gè)體種子中是否呈現(xiàn)出某種特性，所述模型把光譜圖像中的一些組成波長(zhǎng)的存在與該農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)離散空間樣品點(diǎn)所呈現(xiàn)的某種特性的存在相關(guān)聯(lián)。
144.權(quán)利要求133的設(shè)備，其還包括一種分選機(jī)，其基于種子是否被確定為單倍體而把種子引導(dǎo)到許多目標(biāo)中。
145.權(quán)利要求133的設(shè)備，其還包括一種選擇器，其基于種子是單倍體的確定篩選種子。
全文摘要
本發(fā)明涉及分析農(nóng)產(chǎn)品的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于一個(gè)或多個(gè)種子的物理和化學(xué)特性的實(shí)時(shí)、無(wú)損分析的裝置和方法。
文檔編號(hào)G01B11/24GK1484761SQ01821608
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月30日
發(fā)明者S·H·莫蒂安諾, S H 莫蒂安諾, K·L·德佩曼恩, 德佩曼恩 申請(qǐng)人:孟山都技術(shù)有限公司