Способ для поштучного отбора семенного материала по качественным признакам

 

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства. Способ включает поштучную подачу семенного материала в зону контроля, возбуждение его люминесценции широкополосным ультрафиолетовым излучением в полосе спектра 240-315 нм и поштучный отбор семенного материала по соотношению интенсивностей собственной люминесценции, измеренных в диапазоне 315-650 нм. Отбор проводят в двух и более узких полосах спектра, соответствующих качественным признакам отбираемого семенного материала, которыми являются наличие заболеваний и (или) видовая принадлежность и (или) наличие механических повреждений и (или) линейные размеры семенного материала. Изобретение позволяет улучшить качество отбора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к сельскому хозяйству и могут быть использованы для автоматического отбора семенного материала различных растений по качественным признакам и подготовки здорового семенного материала сельскохозяйственных растений.

Известен способ отбора семян, включающий возбуждение собственной люминесценции семян, ее измерение и отбор здоровых семян по интенсивности их люминесценции (А.с. СССР 513660, кл. А 01 С 1/00, 1974). Недостатком известного способа является его низкая точность и ограниченное число признаков, по которьм возможен отбор, т.к. в число здоровых при этом включаются все семена, достаточно сильно люминесцирующие в видимой области спектра, в том числе механически поврежденные, имеющие грибковые и другие заболевания, а также семена другой видовой принадлежности.

Известно устройство для отбора некачественных семян, содержащее механизм подачи семян, источник ультрафиолетового света со светофильтром, светочувствительные элементы со светофильтрами и разделительный механизм (А.с. СССР 906412, кл. А 01 С 1/00; G 01 N 33/02, 1982). Недостатком этого устройства также является низкая достоверность отбора семян, т.к. отбор производится не поштучно, а по скоплениям некачественных семян, определяемым по общей интенсивности люминесценции зернового потока. Анализ люминесценции семян при этом происходит на двух длинах волн светочувствительными элементами с индивидуальной оптической системой. При этом интенсивность собственной люминесценции каждого канала на одной длине волны зависит также от интенсивности ультрафиолетового света, его спектрального состава и стабильности, формы семян и распределения на их поверхности определенных органических веществ. Все эти факторы дополнительно снижают достоверность анализа и отбора семян.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является способ выделения здоровых семян сои по а.с. СССР 1205330, кл. А 01 С 1/02, 1985, включающий возбуждение люминесценции семян ультрафиолетовым светом с длиной волны 240-300 нм, измерение интенсивности собственной люминесценции в двух областях спектра и отбор здоровых семян по отношению измеренных интенсивностей люминесценции. Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, является недостаточная эффективность возбуждения люминесценции органических соединений в наружной оболочке семян сои, недостаточно точное измерение их содержания и, как следствие, соотношения этих соединений, определяющего зараженность семян. Кроме того, при использовании известного способа невозможно разделение по видовому признаку или по наличию гнилостных и грибковых заболеваний растений.

Наиболее близким к заявленному устройству по количеству существенных признаков является устройство для отбора здоровых семян по а.с. СССР 1695840, кл. А 01 С 1/00, 07.12.91, содержащее механизм поштучной подачи семян, источник ультрафиолетового света со светофильтром и фокусирующей оптической системой, собирающую оптическую систему, два светочувствительных элемента, светоделительную пластину, оптически соединяющую собирающую оптическую систему со входами светочувствительных элементов, блок сравнения сигналов и механизм разделения семян, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения сигналов.

Недостатками этого устройства, осуществляющего приведенный выше способ, также являются низкая достоверность отделения здоровых семян, обусловленная узким диапазоном спектрального анализа и неточностью определения спектральных показателей по всей поверхности семян. Причиной этого является низкая степень разделения спектра люминесценции семян светоделительной пластиной. Кроме того, известное устройство предназначено для отделения семян сои, зараженных только вирусными заболеваниями, и не предусматривает выявление других заболеваний и применение для других, кроме сои, сельскохозяйственных культур. Также недостатком известного устройства является периодическое запыление стекол оптической системы при работе устройства, что приводит к искажению спектра собственной люминесценции, уменьшая достоверность отбора семян, и, кроме того, снижает надежность работы устройства.

Основной задачей, на решение которой направлены заявленные способ и устройство, является расширение количества качественных признаков, по которым производится разделение семенного материала и повышение точности разделения семенного материала с заданными качественными признаками для применения для посева только здорового семенного материала.

Единым техническим результатом, получаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является повышение точности и достоверности отбора здорового репродукционного материала растений путем отделения семенного материала с негативными качественными признаками, снижающими урожайность. Также техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного устройства, является автоматическое одновременное разделение семенного материала более чем по двум признакам (например, здоровые, инфицированные различными заболеваниями и семена другого вида), а также отделение инородных (нерастительных) примесей и семян заданного размера. Кроме того, техническим результатом является повышение надежности и времени непрерывной работы устройства.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе выделения здоровых семян, включающем поштучную подачу семенного материала в зону контроля, возбуждение их люминесценции ультрафиолетовым (УФ) излучением, измерение интенсивности собственной люминесценции семенного материала в двух областях спектра и поштучный отбор по соотношению измеренных интенсивностей собственной люминесценции, согласно изобретению для возбуждения собственной люминесценции используют широкополосное УФ излучение с длинами волн от 240 до 315 нм, а измерение интенсивности собственной люминесценции проводят в диапазоне от 315 до 650 нм одновременно в двух и более узких полосах спектра, соответствующих качественным признакам отбираемых семян или корнеплодов.

Известна зависимость спектра собственной люминесценции биологических объектов, в том числе и растений, от биохимического состава содержащихся в них органических веществ. В свою очередь, биохимический состав растений, их отдельных частей и органов зависит от множества различных факторов - видовой принадлежности растения, условий роста, специфичности этой части в целом растении и т. п. Зараженность растения патогенными вирусными, грибковыми или микробными заболеваниями также вызывает аномальное изменение биохимических процессов в растении и, соответственно, изменение количества и соотношения многих органических веществ во всех частях растения, в том числе в органах размножения - семенах или клубнях. Наиболее существенным путем передачи заболеваний многих сельскохозяйственных культур является передача возбудителя болезни через семена или другие органы размножения. При этом значительно снижается всхожесть семян растений и их урожайность. Также снижается урожайность растений при наличии механических повреждений семян и клубней и при других негативных признаках в семенном материале. Таким признаком может быть также наличие семян других растений, имеющих одинаковые размеры, форму и трудно разделяемые обычными способами, например соя и горох, овес и овсюг. Поэтому задача повышения урожайности сельскохозяйственных растений путем удаления из семенного материала семян или клубней, имеющих заболевания, механические повреждения или другие негативные для производства качественные признаки, состоит в повышении качества отбора здорового семенного материала, т. е. в повышении точности определения показателей семян или корнеплодов, характеризующих эти качественные признаки для данной культуры.

Существенным признаком, влияющим на повышение точности отделения здорового семенного материала, является расширение, по сравнению с прототипом, области спектра возбуждающего ультрафиолетового излучения до 315 нм. Использование в заявляемом способе для возбуждения собственной люминесценции суммарного УФ излучения всех длин волн от 240 до 315 нм, позволяет наилучшим образом возбуждать люминесценцию всех анализируемых органических веществ оболочки, т.к. максимумы возбуждения люминесценции различных органических веществ находятся на разных длинах волн. Так, максимум возбуждения триптофана, ароматической аминокислоты растительных белков, находится в области λ=280 нм, а максимум возбуждния полифенольных соединений и полисахаридов смещен в область больших значений длин волн и для наибольшего возбуждения этих соединений наилучшей является λ=315 нм. Кроме того, наиболее широко применяемым источником мощного УФ излучения является ртутная дуговая лампа, имеющая линейчатый спектр, при этом для возбуждения суммарной люминесценции эффективно используется линия излучения ртути повышенной интенсивности с длиной волны λ= 313 нм. Дальнейшее расширение спектра возбуждения в сторону больших значений нецелесообразно и невозможно, т.к. далее при λ>315 нм происходит измерение возбужденной собственной люминесценции белковых веществ, входящих в состав оболочки семян. Именно поэтому для возбуждения собственной люминесценции семян целесообразно УФ излучение подавать через широкополосный фильтр с полосой пропускания от 240 до 315 нм, так как в этом случае интенсивность собственной люминесценции семенного материала в измеряемом диапазоне спектра увеличивается в 4-16 раз, в результате увеличивается соотношение "сигнал/шум" и точность измерений по сравнению с использованием узкополосного фильтра.

Другим отличительным признаком изобретения, влияющим на повышение точности и полноту определения качественных показателей семян, является расширение сравнительно с прототипом диапазона длин волн измеряемой собственной люминесценции семян или корнеплодов до 650 нм. Именно использование для измерения собственной люминесценции диапазона длин волн от 315 до 650 нм позволяет более полно и достоверно определить соотношение полисахаридов и полифенолов для оценки как видового состава семян или корнеплодов, так и для выявления грибковых и гнилостных заболеваний, например клубней тюльпанов, характеризующихся по сравнению со здоровыми растениями более интенсивной люминесценцией в области 550-650 нм по отношению к люминесценции при λ=330 нм и λ= 450 нм, т.е. более точно отделить семенной материал с негативными качественными показателями. За пределами указанного диапазона измерения при λ>650 нм интенсивность собственной люминесценции семян или корнеплодов резко уменьшается и достоверные измерения становятся невозможными.

В качестве признаков для отбора семян или корнеплодов могут быть использованы различные негативные качественные показатели, в частности, наличие семян или корнеплодов, больных вирусными, грибковыми и другими болезнями, механически поврежденных, мелких или семенного материала иной видовой принадлежности. Использование в качестве признаков для поштучного отбора наличия заболеваний семян или корнеплодов позволяет с высокой достоверностью отделить от здоровых семена или корнеплоды, зараженные как вирусными, так и грибковыми и гнилостными болезнями.

Известно, что состав и соотношение веществ, образующих оболочку семян растений, имеют устойчивые различия для разных видов растений. Использование в качестве признаков отбираемых семян или корнеплодов их видовой принадлежности позволяет автоматически отделить друг от друга семена или корнеплоды разных культур.

Наличие механических повреждений семенного материала вызывает значительное увеличение интенсивности собственной люминесценции веществ, содержащихся под наружной оболочкой семян или корнеплодов. Для разных культур это могут быть разные вещества (например, белки, углеводы), имеющие специфичные области собственной люминесценции и различные соотношения интенсивностей в этих областях спектра. Использование в качестве признаков для отбора наличия механических повреждений или травм семян или корнеплодов позволяет с высокой точностью автоматически отделить от здоровых механически поврежденные семена или корнеплоды, нежизнеспособные или имеющие более низкую урожайность.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Семена сои (сорта "Фортуна") помещают по одному в кюветное отделение спектрофлуориметра типа "Hitachi 720" и возбуждают собственную люминесценцию широкополосным УФ излучением через интерфильтр с 240<λ<315 нм. Измерение интенсивности собственной люминесценции семян проводят в узких полосах спектра шириной 2,0 нм при λ₁=330 нм (Е330) и λ₂=450 нм (Е450), наиболее соответствующих различиям в спектрах собственной люминесценции здоровых семян сои и зараженных вирусными болезнями. Семена, у которых соотношение Е330/Е450<1, относят к здоровым, остальные к больным. Отобранные по этому критерию 100 здоровых семян и контрольную группу из 100 несортированных семян высаживают в теплице. Через 20 дней вегетации проводят серологические и иммуноферментные анализы на наличие вирусных и грибковых заболеваний. В отобранной партии вирозных растений - 1, пораженных грибком - 12, не взошло - 2, в контрольной партии вирозных растений - 31, пораженных грибковыми болезнями - 18, не взошло - 12.

Пример 2. Условия измерения берут аналогично описанным в примере 1, дополнительно измеряют интенсивность собственной люминесценции при λ=505 нм. К числу здоровых относят семена, имеющие Е330/Е450<1 и, кроме того, Е330/Е505<1,8. Отобранную группу в 100 семян, удовлетворяющих одновременно этим критериям, и контрольную группу также из 100 несортированых семян высаживают в теплице. Через 30 дней проводят анализы наличия заболеваний. В отобранной группе: вирозных растений - 0, пораженных грибковыми болезнями - 1, не взошло - 2. В контрольной группе: вирозных растений - 30, пораженных грибковыми болезнями - 22, не взошло - 11. Для культуры сои условия отбора и приведенные длины волн близки к оптимальным и позволяют достоверно отделить семена, зараженные как вирусными, так и грибковыми болезнями. При λ>520 нм интенсивность люминесценции семян сои резко уменьшается.

Пример 3. Опыт проводят с семенами кукурузы аналогично примеру 1. Измерения собственной люминесценции семян проводят для длин волн 340, 470 и 565 нм, наиболее соответствующих различиям в спектрах собственной люминесценции здоровых и больных семян кукурузы и незначительно зависящих от сорта культуры. Отбор здоровых семян проводят по критерию Е340/Е470<0,8 при Е340/Е565<2,0. Отобранную партию здоровых семян (также 100 шт.), и контрольную партию такого же объема высаживают в теплице и через 30 дней выращенные растения исследуют на наличие патогенных возбудителей и болезней. В отобранной здоровой партии не взошло 5 семян, вирусных заболеваний - 0, грибковых болезней - 2. В контрольной несортированной партии не взошло 14 растений, вирусных и грибковых заболеваний - на 39 растениях. Приведенные условия отбора для кукурузы близки к оптимальным и незначительно зависят от характера болезней и сорта.

Пример 4. Опыт проводят с клубнями тюльпанов, при этом клубни поочередно помещают в кюветное отделение спектрофлуориметра, которое незначительно изменено для этой цели. Измерения собственной люминесценции поверхности клубней проводят на длинах волн 320, 450, 570 и 630 нм. Для этой культуры на этих длинах волн наиболее характерно проявляются различия между здоровыми и больными клубнями. В качестве здоровых отбирают 50 клубней, для которых удовлетворяются соотношения Е320/Е450<1,0 и Е570/Е630>1,0. При этом первое соотношение определяют отсутствие вирусных и частично грибковых заболеваний клубней тюльпанов, а второе соотношение интенсивностей собственной люминесценции определяют отсутствие гнилостных и грибковых болезней. Отобранную партию клубней тюльпанов и такое же количество несортированных клубней - контрольную партию - высаживают в теплице в вегетационных сосудах. Через 25 дней проводят анализы наличия вирусных, грибковых и гнилостных болезней в ростках тюльпанов электронной микроскопией, иммуноферментным методом и диагностическими сыворотками. В контрольной партии из 50 клубней выявлено 32 больных растения. В отобранной здоровой партии выявлено 1 растение, зараженное фитопатогенным вирусом мозаики тюльпанов.

Пример 5. Для отбора семян, имеющих внешнее сходство (форма, размеры, окраска), но принадлежащих к разным биологическим видам, следовательно, и к разным сельскохозяйственным культурам, используют спектры собственной люминесценции, характеризующие видовую принадлежность семян или корнеплодов. Для опыта берут 30 шт. семян сои и 30 шт. семян гороха, смешанные вместе. Семена поштучно помещают в кюветное отделение спектрофлуориметра и облучают возбуждающим УФ излучением через фильтр с полосой пропускания от 240 до 315 нм. Измерение собственной люминесценции семян проводят на длинах волн 330, 420, 440 и 480 нм с шириной полосы анализа 2,0 нм. На этих длинах волн наиболее проявляются различия спектров собственной люминесценции семян сои и гороха. Далее семена сои отбирают по соотношениям Е420<Е440>Е480 и Е330/ Е440<4,0. Все семена (29 шт. ), интенсивность люминесценции которых на этих спектральных линиях не соответствует одновременно этим критериям, при дальнейшей проверке оказываются семенами гороха.

Пример 6. Опыт является продолжением опыта, описанного в примере 1. При отборе здоровых семян сои по соотношению интенсивностей собственной люминесценции Е330/Е450<1, отбраковываются 57 семян, не удовлетворяющие этому соотношению. Из них для 48 семян выполняется условие 1<Е330/Е450<1,6, а для 9-ти семян 2,2 <Е330/Е450<4,0. При осмотре этих семян устанавливается наличие механических сколов семян или отсутствие их внешней оболочки, что и определяет резко повышенную люминесценцию белковой аминокислоты триптофана при λ=330 нм. Этот признак (Е330/Е450>2,2) позволяет отделить травмированные семена сои, непригодные для посева.

Пример 7. Опыт проводится с клубнями тюльпана аналогично условиям в примере 4. Образцы клубней с удаленной или прорезанной наружной оболочкой (30 шт.) и клубни с целой неповрежденной оболочкой (также 30 шт.), поштучно помещают в кюветное отделение спектрофлуориметра, облучают УФ излучением в диапазоне от 240 до 315 нм и измеряют собственную люминесценцию на волнах λ= 320 и λ= 570 нм, где наиболее сильно проявляются различия в спектрах люминесценции поврежденных и целых клубней тюльпанов. Поврежденные клубни имеют повышенную люминесценцию в области λ=320 нм, относительно λ=570 нм. При этом все 30 шт визуально определяемых поврежденных клубней имеют соотношение Е340/Е570>3,0, и Е340/Е570<1,2 для всех 30 шт. клубней с неповрежденной оболочкой, как здоровых, так и больных.

По предлагаемому способу в 2001 году на опытной установке УРС-1 в автоматическом режиме была отобрана партия здоровых семян сои сорта "Фортуна" в 3510 кг и посеяна в производственных условиях в 5 повторностях по 5,8 га. Урожайность сои, полученной с опытных участков, в среднем составила 24,6 ц/га. Урожайность контрольных участков, засеянных не отобранной соей, составила 14,1 ц/га. Увеличение урожайности в производственных условиях при использовании заявленного способа составило 75%.

Таким образом, заявленный способ по сравнению с прототипом позволяет более достоверно отобрать здоровые семена и клубни сельскохозяйственных растений, отделив посадочный материал с негативными показателями, в том числе с вирусными, грибковыми, гнилостными заболеваниями и механическими повреждениями, что значительно увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.

Указанный технический результат достигается также тем, что известное устройство для поштучного отбора семенного материала, содержащее источник УФ света с фокусирующей оптической системой и светофильтром, механизм поштучной подачи семян или корнеплодов, собирающую оптическую систему, светочувствительные элементы, по крайней мере один разделитель светового потока, оптически соединяющий собирающую оптическую систему с входами светочувствительных элементов, анализирующий блок, входы которого соединены с выходами светочувствительных элементов, и механизм разделения, имеющий по меньшей мере два положения, а управляющий вход которого соединен с выходом анализирующего блока, согласно изобретению дополнительно снабжено интерференционными светофильтрами, установленными на входах светочувствительных элементов и имеющими узкие области пропускания, лежащие в диапазоне от 315 до 650 нм, и соответствующие качественным признакам отбираемого семенного материала, а светофильтр источника УФ света имеет область пропускания от 240 до 315 нм. Указанные признаки устройства позволяют реализовать описанный выше способ поштучного отбора семенного материала.

Наличие интерференционных светофильтров, установленных на входах каждого светочувствительного элемента и имеющих узкие индивидуальные области пропускания в диапазоне от 315 до 650 нм, соответствующие качественным признакам отбираемых семян или корнеплодов, обеспечивает более точное и полное измерение спектра люминесценции и требуемых качественных показателей семенного материала. Так как интерференционные светофильтры могут иметь достаточно узкую (2-3 нм) полосу пропускания в измеряемой области спектра, при этом практически исключается влияние ближайших спектральных зон на измерение интенсивности люминесценции заданной длины волны. Более высокая точность определения всего спектра люминесценции и качественных показателей семян может быть достигнута увеличением количества (более двух) одновременно измеряемых спектральных полос, т.е. количества параллельных цепей - интерференционный фильтр с индивидуальной узкой полосой пропускания, светочувствительный элемент, вход анализирующего блока. Расширение сравнительно с прототипом спектрального диапазона измеряемой люминесценции до 615 нм позволяет достоверно определять наличие значительно большего количества патогенных заболеваний и других негативных показателей семенного материала.

Расширение области пропускания светофильтра источника УФ света до 315 нм сравнительно с прототипом дает возможность увеличить суммарную интенсивность возбуждения собственной люминесценции и, следовательно, получить одновременно более интенсивную люминесценцию органических соединений во всем измеряемом диапазоне и более высокую достоверность анализа и разделения семян по заданному качественному признаку. Кроме того, расширение спектра возбуждающего УФ излучения дает возможность возбуждения большего количества органических веществ, характеризующих качественные признаки семенного материала.

Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено светочувствительным элементом со светофильтром на входе, причем светочувствительный элемент расположен на оптической оси фокусирующей оптической системы источника УФ света с противоположной стороны от траектории движения семенного материала и оптически связан с источником ультрафиолетового излучения, область пропускания светофильтра дополнительного светочувствительного элемента находится в диапазоне пропускания светофильтра источника ультрафиолетового света, а выход светочувствительного элемента соединен со входом анализирующего блока. Наличие на оптической оси фокусирующей оптической системы с противоположной стороны траектории движения семенного материала дополнительного светочувствительного элемента со светофильтром, область пропускания которого находится в диапазоне пропускания светофильтра источника ультрафиолетового света, позволяет контролировать поступление в зону анализа устройства любого предмета, в том числе и не люминесцирующего (или мало люминесцирующего) под действием УФ излучения, например минеральных инородных частиц и т.п. Это дает возможность автоматически отделять эти предметы от здорового семенного материала.

Кроме того, наличие дополнительного светочувствительного элемента, расположенного по другую сторону от траектории движения семян и оптически связанного с источником УФ излучения позволяет получить с этого элемента на вход анализирующего блока достаточно мощный стробирующий импульс при пролете каждого зерна. Так как измерение люминесценции каждого канала и их сравнение происходит по строб-сигналу пролета зерна, наличие мощного управляющего стробирующего сигнала снижает уровень шума и помех в цепях измерения люминесценции и повышает точность отбора семенного материала. Длительность (ширина) сигнала от дополнительного светочувствительного элемента пропорциональна линейному размеру зерна, что позволяет производить поштучный отбор семенного материала также по заданной крупности.

Наличие дополнительного светочувствительного элемента, оптически связанного с источником УФ излучения, позволяет постоянно измерять и контролировать уровень ультрафиолетового излучения, испускаемого источником, что существенно повышает надежность работы устройства, так как достоверность измерения люминесценции в значительной мере зависит от ее интенсивности, которая, в свою очередь, пропорциональна интенсивности возбуждающего УФ излучения. Для надежной и достоверной работы устройства необходимо обеспечивать достаточно высокую интенсивность УФ излучения. Поскольку все известные источники мощного УФ света имеют ограниченный ресурс нормальной работы, контроль интенсивности УФ излучения дает возможность своевременно произвести замену источника излучения.

Устройство согласно изобретению дополнительно снабжено блоком принудительного обдува чистым воздухом наружных поверхностей оптических систем. Наличие блока принудительного обдува чистым воздухом позволяет избежать запыления внешних поверхностей оптических систем и линз, тем самым увеличивает время безостановочной работы устройства и его надежность.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных способа и устройства для поштучного отбора семенного материала сельскохозяйственных растений, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку устройство предназначено для осуществления способа. Заявленные изобретения решают одну и ту же задачу - повышение урожайности и производительности сельскохозяйственных растений за счет достижения одного и того же технического результата при осуществлении изобретений - повышения точности и достоверности отбора здорового репродукционного материала растений путем отделения семенного материала с негативными показателями.

Предлагаемое устройство для поштучного отбора семян или корнеплодов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На фиг.1 показана общая схема устройства для отбора семян. На фиг.2 показаны диаграммы электрических сигналов каналов измерения люминесценции при работе устройства: а) - сигнал на выходе одного светочувствительного элемента; б) - то же, другого элемента; в) - то же, на выходе дополнительного светочувствительного элемента; г) - электрический сигнал на выходе анализирующего блока.

Устройство для поштучного отбора семян или корнеплодов, реализующее заявленный способ, содержит бункер 1 для разделяемых семян или корнеплодов, механизм поштучной подачи 2, источник ультрафиолетового света 3 с фокусирующей оптической системой 4 и светофильтром 5, пропускающим только ультрафиолетовое излучение в спектральной области от 240 до 315 нм. Оптические оси фокусирующей оптической системы 4 и собирающей оптической системы 6 пересекаются в одной точке, расположенной на траектории движения семян или корнеплодов. На оптической оси собирающей оптической системы 6 расположены одна или несколько светоделительных пластин 7, обеспечивающих оптическую связь собирающей оптической системы 6 со светочувствительными элементами 8 через узкополосные интерференционные светофильтры с индивидуальными полосами пропускания 9, 10 и 11. На оптической оси фокусирующей оптической системы 4 с противоположной стороны траектории движения семян расположен также светочувствительный элемент 12 со светофильтром 13. Выходы светочувствительных элементов 8 и 12 соединены соответственно с аналоговыми входами анализирующего блока 14.

Устройство содержит механизм разделения 15, управляющий вход которого подключен к выходу анализирующего блока 14, бункер 16 для некачественных семян или корнеплодов и бункер 17 для здорового семенного материала. Механизм разделения 15 имеет подвижную пластину 18, выполненную с возможностью перемещения относительно траектории движения семенного материала. Также устройство снабжено нагнетательным вентилятором 19 и воздушным фильтром 20, установленным на всасывающей магистрали вентилятора 19. Выходная нагнетательная воздушная магистраль вентилятора 19 подведена к наружным поверхностям оптических систем 5, 6 и 13. Светозащитный кожух 21 препятствует проникновению наружного света в зону анализа.

Устройство работает следующим образом. Семена или корнеплоды подаются непрерывно из бункера 1 в механизм поштучной подачи 2, который поштучно подает их через светозащитный кожух 21 в зону контроля и далее в направлении приемного бункера 17 для здорового семенного материала. Свет источника УФ излучения 3 фокусируется оптической системой 4 на траектории движения семян или корнеплодов в зоне контроля, при этом спектральный состав УФ излучения в зоне облучения семян определяется полосой пропускания интерференционного светофильтра 5 и находится в диапазоне от 240 до 315 нм. Под действием возбуждающего излучения поочередно проходящие зону контроля семена или корнеплоды люминесцируют в спектральной области 315-650 нм.

Излучение люминесценции через собирающую оптическую систему 6 поступает на одну или последовательно на две и более полупрозрачные светоделительные пластины 7 (полупрозрачные зеркала), которые определенную часть излучения пропускают, а часть отражают, обеспечивая постоянное соотношение интенсивностей световых потоков падающего и отраженного излучения, независимое от его спектрального состава. Соотношение интенсивностей световых потоков определяется только технологическими характеристиками светоделительных пластин 7, является постоянной величиной и не зависит от величины поступающего светового потока люминесценции.

Разделенные светоделительными пластинами 7 световые потоки поступают на соответствующие фоточувствительные элементы 8 через интерференционные фильтры 9, 10 и 11, каждый из которых обеспечивает пропускание излучения люминесценции только в своей определенной узкой полосе спектра, в совокупности соответствующей какому-либо из качественных признаков разделяемого семенного материала. Аналоговый выходной сигнал светочувствительных элементов 8 (см. фиг. 2а, б) при работе устройства имеет вид отдельных импульсов, амплитуда которых зависит как от общей интенсивности люминесценции, так и от ее спектрального состава, т. к. каждый фоточувствительный элемент 8 измеряет интенсивность излучения люминесценции независимо и только в своей узкой части спектра. При этом (условно) первый на диаграмме импульс соответствует здоровому зерну или корнеплоду, второй импульс - плохому, третий - нелюминесцирующему постороннему предмету, четвертый - хорошему.

Выходной сигнал светочувствительного элемента 12 показан на диаграмме фиг.2в. При работе устройства общий уровень этого сигнала пропорционален мощности ультрафиолетового возбуждающего излучения, т.к. УФ излучение пропускается светофильтром 13, а периодические отрицательные импульсы возникают во время затенения любым телом (зерном, корнеплодом, инородным предметом) этого светочувствительного элемента от ультрафиолетового излучения источника 3. Каждый выходной сигнал фоточувствительных элементов 8 и 12 поступает на аналоговые входы анализирующего блока 14.

Работа и схема анализирующего блока 14 основаны на известных принципах построения сравнивающих аналоговых и логических электронных схем, технической новизны не представляют и могут быть реализованы в разных вариантах. Анализирующий блок 14 может содержать на аналоговых входах нормирующие или аналого-цифровые преобразователи, преобразующие входные сигналы в цифровую форму. Дальнейшая обработка и сравнение входных сигналов производится программируемым цифровым контролером по определенному алгоритму, обеспечивающему определение соотношений величин этих сигналов и по результатам анализа выдачу выходных команд на механизм разделения 15. Алгоритм работы анализирующего блока 14 может предусматривать предварительное интегрирование входных импульсов и последующее их сравнение, что более предпочтительно, т.к. обеспечивает усредненное по поверхности каждого зерна измерение люминесценции и более точное определение качественных признаков.

Условия отбора и соотношение сравниваемых интенсивностей люминесценции каждого спектрального канала устанавливаются постоянными в соответствии с биохимическими и качественными показателями семенного материала данной сельскохозяйственной культуры. Условием отбора является не абсолютная величина интенсивности люминесценции, зависимая от множества посторонних факторов, как указывалось выше, а ее отношение (т.е. Е1/Е2/Е3>n, где n=const для каждого качественного признака), которое зависит только от спектрального состава собственной люминесценции, определяемой биохимическим составом семян или корнеплодов, который, в свою очередь, прямо зависит от их качественных признаков. Поэтому отбор производится только по заданным качественным признакам семенного материала и не зависит от иных факторов.

Если анализируемое зерно или корнеплод удовлетворяет заданному соотношению биохимических параметров и соотношению аналоговых сигналов Е1>n•Е2 на выходах светочувствительных элементов 8 как здоровое или не подлежащее отделению (первый импульс на фиг.2), после прохождения импульса от зерна на выходе анализирующего блока 14 устанавливается сигнал "0" (см. фиг.2г), механизм разделения 15 устанавливает подвижную пластину 18 в верхнее (см. фиг.1) положение и зерно или корнеплод без помех попадает в бункер 17 для здорового семенного материала. Если же по результатам сравнения спектральных характеристик зерно или корнеплод не удовлетворяет заданному критерию, т.е. Е1<n•Е2 (второй импульс на фиг. 2), анализирующий блок 14 вырабатывает выходной сигнал "1" на отделение анализируемого зерна или корнеплода, в соответствии с чем механизм разделения 15 устанавливает подвижную пластину 18 в нижнее по схеме положение, перекрывая траекторию перемещения зерна или корнеплода. При скользящем ударе о подвижную пластину 18 траектория движения семенного материала отклоняется в направлении бункера некачественных семян 16.

При прохождении постороннего предмета люминесценция его или отсутствует, или значительно отличается от люминесценции семян (третий импульс на фиг.2), а сигнал с элемента 12 (фиг.2в) при этом имеется, т.к. он возникает при прохождении любым предметом зоны контроля. В соответствии с заданным алгоритмом анализирующий блок 14 формирует выходной сигнал "1" на отделение анализируемого предмета, и механизм разделения 15 подвижной пластиной 18 направляет нелюминесцирующий предмет в бункер некачественного продукта 16, либо в другом направлении, если механизм разделения 15 имеет несколько положений.

Анализирующий блок 14 также контролирует постоянство уровня сигнала +Е (между импульсами) с элемента 12 (фиг.2 в) и при его уменьшении ниже определенного значения, что соответствует потере излучательной способности источника 3, сигнализирует об этом или блокирует работу устройства.

При постоянной скорости прохождения семян или корнеплодов зоны контроля длительность импульса на выходе светочувствительного элемента 12 пропорциональна размеру (длине) зерна или корнеплода. Этот параметр может являться также критерием для поштучного отбора семенного материала по размеру.

При необходимости отбора семенного материала отдельно на несколько фракций по заданным критериям качества, например, здоровые семена сои заданной крупности, зараженные болезнями и мелкие семена сои, семена гороха и инородные предметы, механизм разделения 15 может иметь несколько положений для направления сортируемого семенного материала по нескольким направлениям или бункерам в соответствии с сигналами управления анализирующего блока 14.

Нагнетательный вентилятор 19 с воздушным фильтром 20 при работе устройства непрерывно подает чистый воздух внутрь светозащитного кожуха 21 к наружным поверхностям линз фокусирующей и собирающей оптических систем, обеспечивая их защиту от запыления.

Заявленные изобретения могут быть применены в селекционной работе для отбора семенного материала по устойчивым качественным признакам, например по содержанию в зернах полезных органических веществ (жиров, белков, крахмала) или по другим критериям.

Поскольку анализ и сравнение сигналов люминесценции происходят практически мгновенно, быстродействие всего устройства определяется только скоростью поштучной подачи семян или корнеплодов в зону контроля и быстродействием механизма разделения. Производительность действующего варианта устройства для отделения больных и поврежденных семян сои составляла 300 семян/сек, т.е. 210 кг/час.

Экспериментальные исследования способа и устройства, выполненных согласно заявленных изобретений показали высокую точность разделения семян по сравнению с прототипом и значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур при посеве здорового семенного материала с заданными качественными показателями.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия: - средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно, в сельском хозяйстве для подготовки элитного семенного материала и повышения урожайности сельскохозяйственных культур; - для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств и методов; - средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ отбора семенного материала, заключающийся в том, что семенной материал поштучно подают в зону контроля, возбуждают его люминесценцию широкополосным ультрафиолетовым излучением в полосе спектра 240-315 нм, а поштучный отбор семенного материала осуществляют по соотношению интенсивностей собственной люминесценции, измеренных в диапазоне 315-650 нм, в двух и более узких полосах спектра, соответствующих качественным признакам отбираемого семенного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что качественными признаками являются наличие заболеваний и (или) видовая принадлежность и (или) наличие механических повреждений и (или) линейные размеры семенного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.03.2008

Извещение опубликовано: 10.04.2010        БИ: 10/2010

---