授粉预测系统和方法与流程

授粉预测系统和方法
1.本技术要求于2020年10月14日提交的名称为“授粉预测系统和方法”的美国临时专利申请no.63/091,433的优先权。美国临时专利申请no.63/091,433的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.本发明总体上涉及允许和/或能够提高作物产量，例如增加收成的技术。特别地，本发明允许花粉施用的组织、模拟(也称为建模)和管理，以最大限度地提高特定种子、谷粒或水果作物的生物潜力。任何花粉施用管理系统的一部分是识别异花授粉生殖发育的最佳阶段，并选择最佳时间步长(例如一天)，以基于该最佳阶段对作物进行有意授粉。本发明允许用户监控田地、温室或受控环境设置中的一系列可测量和/或可监控的参数，包括作物参数和其他环境参数。通过测量和监测作物和环境参数，用户可以最大限度地提高或改变作物产量、遗传纯度、健康和/或由有意异花授粉产生的种子组成。因此，本发明提供了一种系统，本系统将允许用户识别在特定位置对特定作物有意授粉的最佳日期，目标是最大限度地提高种子产量、结籽率和/或影响其它作物产量特性。为此，本发明提高了效率，并且在一些实施例中，考虑到一个或多个相关因素，可以提供最有效的产量(或其他最大限度地提高的特性)。


背景技术：

3.本发明应用于授粉和作物生产实践(包括但不限于种子、谷粒和水果生产实践)的领域。
4.本发明主要适用于杂交或品种生产，但也可以用于一些非杂交生产情况。虽然杂交生产最常用于种子生产，但也可以用于谷粒生产。当植株被具有相同遗传背景的花粉授粉(例如自花授粉和同花授粉)时，会产生非杂交生产。杂交植株是一种遗传背景的雄性花粉源与具有不同遗传背景的植株的雌性生殖器官杂交的受精结果。作物植株间的杂交通常在商业生产中具有产量优势，因此如果可以的话，比生产许多商业禾本科作物的开放或自花授粉方法更优选。随着杂交品种在20世纪40年代的广泛引入，作物产量开始显著增加，并且随着时间的推移，作物产量直到今天都在持续稳定增加。此外，生产更高产量的自花授粉种子的大规模方法也具有重要的潜在价值。
5.如本领域技术人员将理解的，本文公开的本发明的实施方案将根据作物的性质提供不同的益处。对于杂交生产常见的作物，目前生产种子的方法因品种而异，但许多方法通常包括以下组成部分：(1)在彼此紧密相邻的生产区块中种植雌性和雄性亲本植株；(2)将生产区块放置在隔离的位置，以减少暴露于相同品种的其他不相关或不想要的植株，并且(3)将某种形式的雄性不育传授给雌性，使雌性亲本植株雄性不育，从而避免自花授粉的可能性，这最终会污染种子。一些作物具有很高的自花授粉率，因为花粉在开花前就在花内散落。这类作物通常被培育成具有非常高的自花授粉率的种子。
6.由于作物的性质及其花粉和柱头相互作用，一些作物不需要长的隔离距离来防止
异交。在这种情况下，本发明的实施方案可以不影响任何隔离要求，但仍将提高与指定雄性花粉成功异花授粉的比率，并减少自花授粉。这是通过优化时机和提高任何此类授粉的效率来实现的。因此，根据正在种植的作物，本发明的实施方案可以完全或部分地消除对昂贵且依赖资源的组成部分中的任何一个、任何两个或所有三个的需要，或减少对这些组成部分(在雌性附近种植雄性、隔离和雄性不育)的依赖。然而，在一些实施例中，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用这些组成部分中的任何一个、两个或所有三个来实施本发明。此外，本发明的实施方案可以帮助种植者确定将花粉施用于作物的最理想日期。此外，在传统的田间种植和管理方案中，所需的雄性数量和缺乏同步性的可能性对作物总产量产生负面影响。本发明的实施方案克服了这两个限制生产的因素。
7.本发明适用于商品粮生产实践。对于谷粒生产司空见惯的作物，当前生产谷粒的方法因品种而略有不同，但通常涉及种植相同种子品种的田地，以生产其成熟种子将产生期望的谷粒特性的植株。这种田地中的植株通常是自花授粉或由同一田地或附近田地中的相邻植株同花授粉，因此不是杂交。然而，可能会有一些异花授粉，通过从附近具有不同遗传背景的相同或相似品种的田地进入的花粉。
8.本发明的实施方案可以以不同的方式影响作物的产量，包括通过增加植株上的种子或果实的数量、或通过增加种子的大小、或通过以上两者来增加结籽或座果。此外，本发明可以影响种子的组成、种子的健康和种子的纯粮率。本文所述的本发明的实施方案将导致效率、更大的种子产量、增加的产量和/或其他期望的特性的改善，包括但不限于杂交种子作物和自花/同花授粉作物的优选的油、淀粉、蛋白质和/或其他营养成分含量，无论这些作物是为了种子生产、谷粒生产还是果实生产而种植。
附图说明
9.图1提供了本发明的计算机实现的实施例中的天气模块的实施例的示例。
10.图2提供了本发明的计算机实现的实施例中的植株群体模块的实施例的示例。
11.图3提供了本发明的计算机实现的实施例中的植株群体柱头外露模块的实施例的示例。
12.图4提供了在本发明的计算机实现的实施例中的植株群体散落花粉模块的实施例的示例。
13.图5提供了本发明的计算机实现的实施例中的授粉模拟模块的实施例的示例。
14.图6提供了本发明的计算机实现的实施例中的有意授粉模拟模块的实施例的示例。
15.图7提供了本发明的计算机实现的实施例中的物流管理模块的实施例的示例。
16.图8至图12提供了本发明的计算机实现的实施例中的图形用户界面的示例。


技术实现要素：

17.在本方法的第一实施例中，提供了对具有一个或多个柱头的作物植株进行授粉的方法，所述柱头授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实。本方法包括收录关于作物群体的生殖成熟度数据的资料作为输入数据。生殖成熟度数据可以是包括足以确定对作物植株进行授粉的一天或多天的信息的信息。此外，本方法可以提供在计算环境中对输入数
据进行建模的步骤，以识别一个或多个时间步长，在该时间步长期间，通过以下方式对群体有意授粉：(1)在多个时间步长期间生成在群体中可进行授粉的柱头的量；(2)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的相应柱头数转化为感兴趣的种子、谷粒和/或果实的建模输出；并且(3)生成一个或多个时间步长，在该时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。本方法可以是计算机实现的方法。本方法可以是对作物植株进行授粉的方法，并且还包括在一个或多个时间步长期间对作物植植株群体进行有意授粉，在该时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
18.在一些实施例中，本方法还可以在每个时间步长期间对自然授粉的花粉的可用性进行建模。这样的步骤可以包括在每个时间步长期间对可用花粉的量进行建模，以及在每个时间步长期间对自然授粉的柱头数进行建模。时间步长可以是一天。作物可以是玉米。有意施用的花粉可以是新鲜的花粉、保藏下来的花粉(persevered pollen)或以上两者。
19.生殖成熟度数据可以包括以下中的一项或多项：(1)从种植作物到作物开始使能进行授粉的柱头外露之间所需的时间量；(2)作物使能进行授粉的柱头外露所需的热量单位的量；(3)每株的柱头数；(4)作物使能进行授粉的柱头外露的速率；以及(5)作物的外露的柱头保持能进行授粉的时间步长数。
20.在每个时间步长期间对自然授粉的花粉的可用性进行建模可以包括收录与花粉散落有关的数据，与花粉散落有关的数据包括以下一项或多项：(1)从种植将散落花粉的一个或多个植株到这些植株开始散落花粉之间所需的时间量；(2)在种植一个或多个将散落花粉的植株和这些植株开始散落花粉之间所需的热量单位的量；(3)每株散落的花粉量；(4)该株散落花粉的速率；以及(5)作物散落花粉的时间步长数。
21.本方法可以应用于多个种植环境中的作物。因此，该程序可以为每个种植环境生成一个或多个时间步长，在该时间步长期间有意授粉被建模为提供比其它所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。多个种植环境可以是不同位置的多片田地。本方法可以为每个种植环境生成时间步长的日历，在该时间步长期间有意授粉被建模为提供更大的收成。
22.授粉可以是异花授粉。在一些实施例中，输入数据可以包括天气信息，例如历史天气数据、当天天气数据和/或预测的天气数据。此外，通过实施本发明可以增加收成的价值。
23.在本发明的另一实施例中，提供了对具有一个或多个柱头的作物植株进行授粉的另一种方法，所述柱头授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实。本方法包括收录关于作物群体的生殖成熟度数据的资料作为输入数据。生殖成熟度数据可以是包括足以确定对作物植株进行授粉的一天或多天的信息的信息。此外，本方法可以提供对输入进行建模的步骤，以识别一个或多个时间步长，在该时间步长期间，通过以下方式对群体进行有意授粉：(1)在多个时间步长期间生成在群体中能进行授粉的柱头的量；(2)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为感兴趣的种子、谷粒和/或果实的建模输出；以及(3)生成一个或多个时间步长，在该时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。本方法可以还包括在一个或多个时间步长期间对作物植株群体进行有意授粉，在该时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种
子、谷粒或果实的收成。
24.在第三实施例中，提供了一种计算机程序，该计算机程序被配置成使处理器执行本文所述的任何可计算机实现的方法，包括上述第一实施例和第二实施例的方法。计算机程序可以是软件的实现方式。该计算机程序可以在计算机可读介质上提供，该计算机可读介质可以是物理计算机可读介质，例如磁盘或存储器设备，或者可以体现为瞬态信号。这种瞬时信号可以是网络下载的，包括互联网下载的。计算机可读介质可以是计算机可读存储介质或非暂时性计算机可读介质。
25.在第四实施例中，提供了一种计算装置，其被配置为执行本文描述为可计算机实现的任何方法，包括上述第一实施例和第二实施例的方法。计算装置可以包括一个或多个处理器和存储器，该存储器包括第三实施例的计算机程序。计算装置可以由用户设备提供，例如笔记本电脑、平板电脑或智能手机。
26.计算装置还可以包括用于收录输入数据的输入设备。用户输入设备可以包括键盘、小键盘或触摸屏。计算装置还可以包括输出设备，用于向用户提供所选授粉窗口的指示，以帮助用户执行授粉。例如，输出设备可以是显示设备、音频输出设备或用于提供触觉反馈的设备。
具体实施方式
27.公开了一种独特的和前所未有的系统和方法，用于基于繁殖和环境变量的复杂相互作用，对在特定位置中的特定作物有意施用花粉进行模拟。本系统和方法使用户能够在商业生产条件下，以最大化产籽量或结果量、所产结籽或座果的遗传纯度和/或种子质量的方式，计划和协调有意将花粉施用到能进行授粉的雌花的时机。种子质量可以包括但不限于优化种子的一个或多个特性。本系统和方法适用于其中雄性植株和雌性植株之间的有意异花授粉是期望的结果的所有作物。本系统和方法还可以应用于其中有意授粉用于改善通常自花授粉的作物的整个授粉事件的作物，当作物的花粉产量水平意外降低或当其他条件威胁到通常自花授粉结果的成功时，这可能是有用的。
28.本领域的技术人员理解的是，无论传递方式如何，足够的花粉的可用性是限制依赖授粉来获得作物产出(如种子、谷粒或果实)的农业作物产出的单一最大系统水平因素。如果授粉失败，作物就会歉收。在正确的时间获得足够的花粉对作物的成功至关重要，但在自然环境中会受到大量因素的限制。将花粉引入系统的能力克服了自然授粉系统的许多潜在缺点。能够在尽可能好的日子(或其他时间步长)引入花粉，使种植者有最大的机会来提高作物的产量，如收成。有意施用的花粉可以是保藏的或新鲜的，但在大多数实施例中是保藏的。可以使用现在或将来本领域已知的任何保藏技术。保藏技术的示例可以在美国专利no.10,575,517和美国专利申请公开no.2019/0008144中找到。美国专利no.10,575,517和美国专利申请公开no.2019/0008144的公开内容通过引用整体并入本文。
29.在一个实施例中，本系统和方法可以通过本发明的软件系统和方法来实施。然而，本发明不限于这样的实施例。如上所述，本系统和方法适用于所有的作物，其中提供花粉的雄性植株和孕育能进行授粉的柱头的雌性植株之间的有意异花授粉是期望的结果。因此，本发明可以用于许多植株品种，无论它们的花结构是否是为了异花授粉而设计的、或无论雄性不育是否是为了确保异花授粉而强制实行的、或无论它们的花结构是否是为了自花授
粉而设计的，向柱头传递花粉都会限制种子形成。玉米(也称为玉蜀黍)和玉米种子生产的特征在此仅作为示例讨论。本领域技术人员应理解，其它类型的植株产生的花与玉米遵循相同或相似的发育模式。也就是说，它们的雄性花组成和雌性花组成达到一种功能状态(称为花期)，在该功能状态下，施用花粉对种子形成是最有成效和/或有效率的，如下文所述。
30.杂交和非杂交作物的种植者通常在多片田地中种植作物，并且通常单片田地可以相当大，包括200英亩或更大的田地。因此，一片田地或大片田地的一部分中的条件将与不同田地或大片田地的不同部分中的条件不同。本发明允许用户确定田地之间或田地内的部分之间的差异，以识别指示不同花粉施用时机的条件的细微差异。因此，种植者可以在多片田地和/或植株群体中优先考虑有意的花粉施用。此外，在给定的植株群体中，植株之间的竞争会导致一定比率的群体出现不期望的延迟，导致它们的发芽比其他植株晚，或者导致它们的生长延迟，从而导致开花延迟和授粉准备延迟。在标准的田间生产系统中，当不再存在花粉时，这些植株变成熟，并因此保持未授粉或授粉不良。通过在精心计算的日子在特定的田地或田地的一部分中用计算的花粉量有意授粉，目标作物的产量或组成显著提高。有意授粉可以发生在多个场合，提供了更好地管理田地不同部分或不同田地之间的可变条件的机会，以及管理给定植株群体成熟的可变性。此外，种植者可以使用申请人的美国专利申请公开us20210059276中描述的方法有意地施用花粉。
31.在许多情况下，对有意授粉的最大或接近最大响应可能发生在几个时间步长内，例如几天，取决于品种和植株群体的开花动态。然后，种植者有机会在这些天中进行选择，以将有意授粉与天气和田间条件最有利于授粉成功和结籽或座果的一天或几天进行对齐。
32.这些条件包括但不限于：
33.(1)雌性植株水分状态：当植株温度低于空气温度时，条件最有利，表明植株没有水分应激或温度应激。当植株温度超过空气温度时，条件就不那么有利了。枯萎的植株不应该被授粉。
34.(2)一天中的时间：一天中可能存在一个最佳时间，在该时间花粉和柱头相互作用最有利于花粉萌发和支持花粉管生长，从而导致子房受精。
35.(3)空气温度：当空气温度超过32℃(90
°
f)时，花粉活力迅速下降。对高温的敏感性因品种而异，但当空气温度超过35℃时，应避免有意授粉。同样，空气温度低于18℃会减缓花粉萌发，降低授粉的成功率。
36.(4)相对湿度：干燥降低了顽拗性花粉(高含水量)品种的活力。相对湿度在65％和90％之间最有利于这些品种的有意授粉。相对湿度高于95％时也应避免授粉，因为在柱头表面形成自由水的可能性增加。
37.(5)饱和水汽压差：小于1.5kpa的值最有利于授粉成功。1.8kpa-2.0kpa之间的值增加了授粉失败的风险。应避免高于2.0kpa的数值，因为在顽拗性花粉品种中，花粉水分会迅速减少。
38.(6)风速：小于2.2米/秒(5mph)的轻度风移动最有利于有意授粉。当风速超过5.4米/秒(12mph)时，应避免有意授粉，因为这会增加破坏花粉和柱头接触和花粉萌发的可能性。
39.(7)露水：柱头表面的自由水使花粉破裂，阻止花粉萌发。当预期授粉后会有露水或植株组织因露水而潮湿时，避免有意授粉。
40.(8)预测有雨：有意授粉和降雨事件之间的有利时间间隔取决于品种和花粉复水和花粉管进入柱头体所需的时间。授粉后60分钟内足以使生殖结构变湿润的降雨量会增加授粉失败的风险。如果预期15分钟内会下雨，或者植株在之前的降雨中还没有干透，则应避免有意授粉。
41.有意授粉也为传统的依赖昆虫的生产系统提供了一种选择。由于其他应激，包括蜜蜂的群体崩溃紊乱，许多基于昆虫的生产系统正经历着巨大的挑战。这些问题导致了昆虫数量的显著下降。有意施用花粉而不是依赖目前受到挑战的基于昆虫的系统的机会使种植者有机会提高作物产量。此外，本方法的模拟也适用于这类作物。
42.此外，气候变化越来越多地导致异常天气状况或极端天气事件，严重影响农业实践。异常的温度会影响植株何时发芽、生长速率以及何时产生花粉或花朵。不寻常的风暴和恶劣天气会阻碍植株生长或导致作物受损，从而影响产量。随着此类事件和天气波动变得越来越常见，作物歉收或严重影响作物产量的可能性越来越大。本发明允许种植者在异常和意外的天气事件之后进行模拟，以确定补充的有意授粉如何帮助作物恢复或“拯救”原本非生产性的田地。通过对保藏或新鲜收集的花粉的施用进行模拟，种植者可以确定这种施用的最佳日期，以在极端天气带来的挑战下最大限度地提高潜在的作物产量。
43.植株生殖系统是复杂的，许多变量影响雄性植株或雄性植株组成和雌性植株或雌性植株组成的成熟时间。因为许多影响生殖成熟度的变量是不受控制的，因此种植者很少能获得最佳作物产量。这种情况由于种植者不得不考虑不同位置的田地之间的变量而变得复杂，每片田地都有单独的小气候以及生物和非生物因素，这些因素使得每片田地不同，田地内的各部分也不同。此外，现代农业在作物植株中引入了许多适应性，导致这些植株难以满足商业系统中对它们的需求。在商业农业系统中，对植株施用的应激是显著的，包括由天气、害虫、病害、群体密度、土壤不足和其他因素引起的应激，导致植株从花粉生产和/或生殖结构发育中转移能量，并可能影响整体生殖健康。例如，见duvic k,d.n.1997，什么是产量？(what is yield？)，第332-335页，in g.o.edmeades,b.banziger,h.r.mickelson和c.b.-valdivia(编)。开发抗旱低氮玉米(developing drought and low n-tolerant maize)，研讨会文集,3月25-29日,1996,cimmyt,el batan,mexico..cimmyt,m
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44.考虑到所有不同的投入和变量，对于种植者来说，管理所有田地中有意授粉的时机和优先级是极其困难的，每片田地的条件和要求都稍有不同。在本发明出现之前，种植者依靠管理最佳推测和自然授粉机制。本发明提供了一种系统，本系统为种植者提供了明确的优先级方案，并允许他们以有组织的方式管理有意授粉的时机。这种系统以前从未被种植者所用。
45.目前种植者使用的试图应对植株繁殖结果不可预测性的一种方法是过量生产种子。这是有意为之以抵消授粉失败造成的产品损失，授粉失败在每个季节都会发生。这是远非最佳的病症系统。本发明允许种植者通过克服影响授粉的许多变量，并允许种植者知道在正确的位置对正确的作物进行有意授粉的正确的日子，从而避免对过量生产的需求。种植者不再需要依赖于天然花粉可获得性和最佳雌性能进行授粉(花期同步)之间的完美自然时机。
46.储存、保藏的花粉或在另一个位置施用之前从另一个不同位置收集新鲜花粉的能力允许种植者总是通过授粉来最大限度地提高期望的产量。
47.在一些实施例中，本发明的方法适用于包括植株群体的作物，植株群体被定义为50株或更多株(例如一片植株)，或生长在水培设施、垂直农业设施或其他种植环境中的植株群体。植株群体可以包括具有一种、两种、三种或更多种遗传上不同背景的植株。在一些实施例中，本方法适用于植株田地。田地可以是任何大小，但通常至少为1/10英亩，并且可以是1/10英亩以上的任何大小。在美国，普通的田地大小在40英亩到200英亩之间。世界其他地区的田地可能更小或更大。因此，田地可以是但不限于1/10英亩、1/5英亩、3/10英亩、2/5英亩、1/2英亩、3/5英亩、7/10英亩、4/5英亩、9/10英亩、1英亩、2英亩、3英亩、4英亩、5英亩、6英亩、7英亩、8英亩、9英亩、10英亩、11英亩、12英亩、13英亩、14英亩、15英亩、16英亩、17英亩、18英亩、19英亩、20英亩、25英亩、30英亩、35英亩、40英亩、45英亩、50英亩、55英亩、60英亩、65英亩、70英亩、75英亩、80英亩、85英亩、90英亩、95英亩、100英亩、105英亩、110英亩、115英亩、120英亩、125英亩、130英亩、135英亩、140英亩、145英亩、150英亩、155英亩、160英亩、165英亩、170英亩、175英亩、180英亩、185英亩、190英亩、195英亩、200英亩、205英亩或210英亩。一英亩可以被定义为大约4047平方米。本领域技术人员将会理解，对田地有意授粉所需的时间取决于许多因素，包括但不限于田地大小、授粉可能发生的速率以及可以用于授粉的人和/或设备的数量。例如，40英亩的田地可能需要大约2.5小时来有意授粉。
48.本发明提供了一种改进的方法，该方法通过将雄性花粉有意施用到雌性植株的花
上来确定对一片田地、一片田地的一部分或多片田地进行有意授粉的最佳日期。任何依赖异花授粉的给定田地的传统布局必须反映其对自然授粉的依赖性。在这样的田地里，任何只作为花粉供体的植株的存在，都会直接降低自然系统中的雌性产量。本发明的实施方案引入了前所未有的机会来以关注产量的方式规划田地布局，并且知道规定的、有意的授粉将在提供最大价值的一个或多个时间点发生。在一些情况下，布局中不需要雄性植株，因为用保藏的花粉授粉减少或消除了雄性在田间主动散落花粉的需求。本发明的实施方案还具有以多种方式显著增加作物产量价值的潜力，包括但不限于得到更高销售价值的更高产量的潜力；改良作物特性的潜力，使作物产量能够以更高的价格出售；以及增加的每单位土地效率，其提供了成本节约，从而增加了作物的价值。
49.关于花粉施用，使用术语“有意的”，意指以不包括或排除涉及风、昆虫活动或其他自然发生条件的自然授粉的方式特定花粉施用。有意施用的花粉是由于蓄意的人类活动、决定或干预而施用到植株上的花粉，可以通过手动或其他方式施用。在一些实施例中，有意散落的花粉可以包括在所述待授粉作物附近散落花粉，使得所述花粉能够给所述作物授粉。出于本发明的目的，术语“保藏”或“保藏的花粉”是指对收集的花粉的任何贮藏，其结果是活力、生育力或以上两者的水平不同于如果花粉被保藏在不受控制的条件下会出现的活力、生育力或以上两者的水平。本发明可以在任何时候使用保藏的花粉，包括但不限于当选定的授粉日在花粉正常散落的时间段之外时。保藏的花粉可以是已经被冷冻、冷藏、与其他颗粒或液体混合、或以其他方式处理以保藏其寿命和活力的花粉。保藏可以包括在收获花粉时立即进行的调理步骤，以保持或提高其寿命或活力。使用的方法可以包括例如美国专利10,575,517或美国专利申请us20190008144中描述的方法，其全部公开内容通过引用并入本文。保藏的花粉可以通过允许花粉具有施用所必需的活力水平的任何方式保藏，包括但不限于各种形式的冷却或冷冻(包括但不限于冷藏、低温保藏、冷冻干燥、用选择的添加剂储存以延长活力、或储存在液氮中)。
50.通过在实施本发明所确定的日子有意地传递、释放和/或施用花粉，并且在植株授粉或环境条件有利于成功授粉的植株的受精期的至少一部分持续时间内，与依靠自然授粉所获得的相比，可以提高、改善、改变、最大限度地降低和/或最大限度地提高结籽、座果、产量和/或其它期望的特性(包括但不限于优选的油、淀粉、蛋白质和/或其它营养成分的含量)。然而，本领域技术人员也将认识到，花粉传递、释放和/或施用的持续时间也可以连续进行，以获得不同水平的结籽和座果。花粉传递可以在植株的受精期的整个持续时间进行，也可以在植株的受精期的一部分持续时间进行。花粉传递可以每天发生一次或多次，和/或在每个受精期发生一次或多次。花粉可以以多种方式传递、释放和/或施用，包括但不限于手动、用小型手动机械装置手动进行半自动散布、通过包含花粉散布机械的田间驱动机械、或通过自推进和/或人工引导的装置(例如安装有花粉散布装置的无人机)进行全自动散布，其中花粉散布通过自动方式进行，包括但不限于机械或气动方式。
51.在这种方法中，使用无人机尤其新颖和实用。据估计，当将450克(约1磅)的花粉用于暴露的授粉穗丝时，足以给8公顷(约20英亩)的雌性玉米株授粉。这是这样计算的：4花粉粒/授粉小花
×
500小花/穗轴节间
×
1穗轴节间/植株
×
26,000植株/英亩
×
20英亩
×
275纳克/花粉＝286克花粉。这使得能够在本方法中使用小型无人机，这些无人机不需要调节，可以用gps坐标引导，将花粉传播直接集中在雌性植株上。当理想的授粉日确定后，释放无人
机以在目标作物群体中进行授粉。无人机可以手动激活，或者在其他实施例中，无人机可以在已经识别出理想授粉日时通过从气象站或其他设备接收的信号来激活，并且可以与无人机对田地的大小和植株群体中的株数进行授粉所花费的时间相关联。当田地足够大时，无人机可能需要重新填充花粉。
52.本发明可以在任何作物植株中操作(如上所述)以提高产量。它可以在任何环境中操作，包括但不限于理想或目标种植环境、反季节环境或受控环境(例如，遮荫房、玻璃房、温室、拱形温室、生长室、垂直耕作设施、水培设施、气培设施等)。
53.本发明的系统和方法可以使用一个或多个因素来帮助使用者确定最佳的花粉施用时间步长，例如几天。应当理解，本系统可以通过进行人工计算来确定最佳的花粉施用标准，或者本系统可以通过软件或其他方式自动化，其中当参数被用作输入时，为用户完成计算。或者，可以使用手动和计算机实现的方法的组合。可以在计算中使用的参数，无论是手动的还是非手动的，包括但不限于以下的一个或多个：(1)基于植株发育特征的生殖植株成熟度数据可以在一个或多个场合记录和/或输入到系统中。数据可以包括但不限于以下中的一项或多项：群体中从雌性生殖结构中外露的能进行授粉柱头的植株的百分比；(2)群体中的从雄性生殖结构散落花粉的植株的百分比；(3)花粉产生的密度；(4)花粉活力；(5)未授粉的花保持授粉的持续时间；(6)雄性植株散落花粉的持续时间；和/或(7)雌性植株上柱头外露的持续时间。
54.可以跟踪每天的天气数据和/或将其输入到软件/系统中，以提供额外的信息来预测植株发育的过程或影响受精的雄性和雌性组成的状况。数据可以包括但不限于以下中的一项或多项：(1)热量单位累积。这通常以影响发育速率和植株生物量累积的生长度的天数为单位来测量；(2)降雨量；(3)气温；(4)总日照；(5)相对湿度和/或饱和水汽压亏缺；和/或(6)风速。
55.可以将土壤度量输入到软件/系统中，并被用于提供额外的信息，以基于土壤的物理和/或化学特性来预测植株发育的过程。这可以包括但不限于以下中的一项或多项：(1)nrcs土壤分类；(2)营养成分；和/或(3)保水能力。
56.可以将公共和/或私营部门数据库中的关于特定植株基因型的植株形态特征和发育速率的农艺学数据输入到软件/系统中，以帮助预测一年中特定日期的给定地理区域中的植株生长速率、花粉散落密度、花粉散落持续时间、柱头外露率和/或生殖成熟的平均天数。这种数据库可以是本发明的系统和/或方法的一部分。此外，存在可由系统使用的其他数据库，例如种子或水果生产公司和/或其他方拥有的数据库。本发明的系统和/或方法可以使用来自任何数据库的数据，包括从田间记录、产量试验、视觉观察、rgb图像、激光雷达、卫星图像、雷达和声波感测收集的数据。在一些实施例中，软件/系统可以累积该信息，以创建和/或添加到其自己的数据库中，供将来使用。
57.本系统可以考虑与不育相关的数据，包括但不限于雄性不育和/或化学不育。
58.本发明的方法和系统可以包括利用上面列出的数据的一个或多个下列任务：(1)计算在自然授粉条件下每天将被授粉的能进行授粉的雌花的百分比。自然授粉条件不包括施用花粉，包括但不限于保藏花粉；(2)与能进行授粉的雌花群体相比，计算自然散落花粉的时间和强度何时将成为授粉的限制因素；(3)计算未授粉的雌花群体何时在数量和能进行授粉方面达到峰值，以最大限度地提高结籽或座果的产量和/或由外部花粉源的施用而
产生的其它期望的种子特征；和/或(4)与天气预测数据相结合，以提供关于有意施用的花粉将对种子、谷粒或果实产量、遗传纯度和/或种子质量产生最大影响的日期的信息。
59.在利用软件程序的本发明的一个或多个实施例中，该程序可以被设计成包括下面描述的一个或多个特征。在这些特征中，一个或多个变量/输入可以作为内部常数提供，由用户输入或者由软件计算。
60.如上所述，在本发明的一个或多个优选实施例中，本方法可以是计算机实现的。这种方法可以包括与建模(也称为模拟)输出相耦合的一种或多种类型的输入数据。模拟输出是一个或多个计算的结果。在其最高级别上，本发明的计算机实施的方法识别随着时间变化的授粉的作物的量，以确定时间步长(例如一天或几天)，与其它时间步长(例如其它天)相比，根据该时间步长有意授粉将得到更大的收成。花粉的能进行授粉通过本方法转化为模拟收成。增加的收成由用户针对给定的情况来定义，并且可以包括但不限于增加的产量、增加的纯粮率、增加的期望特性和/或减少的不期望特性。在一个或多个实施例中，更大的收成可以是模拟的结籽。
61.下面详细描述本发明的计算机实现的方法的优选实施例。该描述标识了多个模块和用户界面屏幕。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任意数量的模块和用户界面。
62.参考图1至图7，描述了本发明的多个模块。首先参考图1，示出了天气模块。天气模块可以包括一个或多个输入和计算，也称为输出。与天气模块有关的输入可以来自任何源，诸如来自用户或来自第三方源。例如，天气输入可以来自在线源、政府数据库，或者来自放置在该位置中或附近的气象站硬件。在优选实施例中，天气模块从任何来源提取该信息，以创建输出，该输出用作其他模块的输入。此外，示例性天气模块的输入和输出的定义在
63.表1和表2中。
[0064][0065]
表1示例性天气模块的输入的定义。
[0066][0067][0068]
表2来自示例性天气模块的输出的定义，其可以作为本方法的其他区域的输入。
[0069]
参考图2，植株群体模块提供了具有与植株群体相关的输入和输出/计算的模块。具体地，这是用户可以输入与种植环境和其中的植株相关的信息以用于本方法的其他模块的地方。该模块然后执行计算以创建输出，该输出成为下游模块的输入。植株群体模块的输入、计算和输出的定义分别见表3、表4和表5。
[0070][0071][0072]
表3植株群体模块中的输入的定义。
[0073][0074]
表4植株群体模块的计算的定义。
[0075]
雄性群体/面积雄性植株数/面积雌性群体/面积雄性植株数/面积
[0076]
表5植株群体模块的输出的定义。
[0077]
本方法可以通过分析与作物相关的输入，包括但不限于作物的类型、作物的位置和关于作物生殖成熟度的信息，来生成授粉的最佳的一天或多天，从而获得更大的收成。在一些实施例中，本方法将模拟每天能进行授粉的柱头数；在给定的一天可获得的天然花粉(如果有的话)；自然授粉的能进行授粉的柱头数(如果有的话)；将使用有意授粉被授粉的可授粉的柱头数；以及在特定的一天通过有意授粉而获得的收成。
[0078]
因此，本发明的优选实施例包括一个或多个株柱头模块，以接收输入并执行与授粉的作物柱头相关的计算。这些柱头被授粉产生感兴趣的种子、谷粒或果实。参考图3，显示
了植株群体柱头外露模块的示例性实施例。在第一步骤305中，该模块可以包括几个输入，然后在第二步骤310中，可以基于与柱头外露相关的因素来调整这些输入。如方框311、312和313所示，方框310的调整可以进一步分别与种子/果实败育的应激、发育的应激和显性植株效应相关联地进行调整。与这些调整相关的更多资料见表15。方框310、311、312和313的输出是每时间步长315的雌性群体柱头外露和每植株的时间步长柱头外露。植株群体柱头外露模块的320输出325包括每时间步长的群组柱头外露和群组，其可用作其它模块的输入，如下文所述。在本发明的一些软件实施例中，软件将被设计成仅涵盖一种作物，例如图1至图7所示的示例性实施例。在其他实施例中，软件可以被设计成涵盖多种作物，并且用户将输入或选择期望的作物或植株类型。
[0079]
如上所述，植株群体柱头外露模块接收与植株群体相关的输入，包括但不限于：选择的时间步长，通常是一天，群体名称(例如田地1、田地2、南田、温室a等)，以及种植环境的位置，如上所述。通常，该信息由用户为植株输入，例如在种植过程中。用户也可以输入5％的群体将具有外露的柱头的预期时间，以及柱头外露率。这种材料通常由种子公司提供给种植者，从种子公司获得作物的种子。此外，该模块的输入来源于天气模块100和植株群体-群体比率调整模块200(也称为植株群体模块)的先前输出。植株群体模块向植株群体柱头外露模块提供调整后的雌性群体以及5％和50％的植株群体将外露的柱头的预期日期。这些输入用于计算一个或多个包含按时间步长划分的群组柱头外露和群组。因此，该模块涉及一种计算，该计算基于所描述的输入，生成在给定的时间步长内开始从雌性生殖结构中使能进行授粉的柱头外露的群体中植株的总数和百分比。时间步长通常为一天，但也可以更短或更长。
[0080]
植株群体柱头外露输入、计算和输出的定义见下表6、表7和表8。
[0081]
[0082][0083]
表6植株群体柱头外露模块中输入的定义。
[0084]
[0085]
[0086][0087]
表7植株群体的柱头外露模块中计算的定义。
[0088][0089]
表8植株群体柱头外露模块的输出的定义
[0090]
参考图4，本方法还可以包括植株群体散落群体散落花粉模块。如本领域技术人员将理解的，本发明的方法可以用于仅包括雌性植株或植株的雌性组成的群体。或者，本发明的方法可以用于包括雄性植株或植株的雄性组成的群体，这些雄性植株或植株的雄性组成会散落花粉。图4描述了植株群体散落花粉模块的示例。在一些情况下，在某些位置可能没有花粉，因此输出(将在下面讨论)可以为零。
[0091]
如图4所示，该模块的示例性实施例包括通常由用户输入的以下输入：时间步长、群体名称和位置。用户也可以输入预期5％或50％的群体开始散落花粉的预期时间。这种信息通常由种子公司提供给种植者，从该种子公司获得作物的种子。还包括来自天气模块100和植株群体模块200的输出作为输入。可能来自用户的进一步输入是每植株花粉散落量、花粉散落持续时间、群组名称、散落的植株数。关于群组名称，优选实施例的方法将能够散落花粉的植株的总数分类为被称为群组的子群。在同一时间步长期间开始散落花粉的植株是一个群组。此外，在特定时间步长期间正在散落花粉的植株(不管植株何时开始散落花粉)也是一个群组，更具体地是在特定时间步长期间正在散落花粉的植株的群组。
[0092]
在图4的方框410中，基于天气模块100和/或基于位置来调整几个输入。此外，如方框312和313中分别所示，可以基于对发育应激、劣势株效应或花粉活力来调整输入。有关这些模块的更多信息，请参见表15。方框410、312和313在方框415和420中提供植株群组水平计算。最终，得到的输出425是按时间步长划分的花粉散落群组和群组。
[0093]
植株群体花粉散落模块的输入、计算和输出的定义在下面的表9、表10和表11中。
[0094][0095][0096]
表9植株群体散落花粉模块输入的定义。
[0097]
[0098][0099]
表10植株群体散落花粉模块的计算。
[0100][0101]
表11植株群体散落花粉模块的输出。
[0102]
上述模块中的所有输入和计算送往授粉模拟模块、有意施用模拟模块和日历模块。授粉模拟模块使用输入数据和上述计算结果将数据转换成感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。更具体地，授粉模拟模块预测在每个时间步长有多少外露的柱头通过自然授粉被授粉。通过确定每个时间步长的花粉密度是否限制了在该时间步长可以用于授粉的所有可授粉的柱头的授粉来完成计算。暴露到足够密度的花粉的柱头被认为是授粉的，并从剩余柱头的可用群组中移除，用于随后的时间步长。每个时间步长的授粉模拟模块的输出包括授粉数量(相当于形成的种子、谷粒或果实)的所有相关群组的总数，随时间变化的累积授粉，以及剩余的未授粉和可授粉的柱头。
[0103]
参考图5，示出了授粉模拟模块的实施例的示例。输入包括时间步长、群组名称、位置以及来自天气模块100、植株群体柱头外露模块300和植株群体花粉散落模块400的输出。输出在方框510、515、520、525、530、535和540中示出。如方框540所示，对于每个时间步长，通过群组计算输出。然后可以将结果添加到最终模拟结果中。表12、表13和表14分别详细描述了输入、计算和输出。
[0104][0105]
表12用于授粉模拟模块的输入的定义。
[0106][0107][0108]
表13授粉模拟模块的计算的定义。
[0109][0110]
表14授粉模拟模块的输出的定义。
[0111]
参考图6，所示实施例还包括有意授粉模拟模块。因此，在优选实施例中，有意施用花粉模拟模块提供向植株群体有意施用花粉的最佳日期。在一些实施例中，这将是施用于植株群体的唯一花粉。在其他实施例中，有意授粉将向也通过自然授粉而授粉的植株提供补充花粉。有意施用的花粉可以是新鲜的或保藏的。有意施用花粉模拟模块通过增加花粉密度群组来生成有意施用花粉的最佳时间步长。这是通过询问授粉模拟的每个时间步长期间未授粉的能进行授粉(有时称为暴露)柱头来实现的。在优选实施例中，有意施用花粉模拟模块包括响应于饱和花粉剂量(定义为足以确保暴露柱头的97％的结籽)的结籽与在滤掉的时间步长处没有有意施用花粉的结籽的比较，以生成有意施用花粉的最佳日期。因此，本系统和方法基于雌性群体、雄性群体(如果有的话)、柱头外露率、每植株花粉散落(如果有的话)、柱头能进行授粉的持续时间、以及当前或预期的天气条件的动态相互作用来计算有意施用花粉的最佳时间步长，这将在下面进一步详细讨论。成功的授粉需要考虑天气条件，例如但不限于湿度、饱和水汽压亏缺、温度、水分胁迫、风速和降水，这些因素会影响种子和果实形成的成功。这些相互作用的复杂性使得这种计算系统和对理想的花粉施用时间的预测既不明显也不直观。
[0112]
有意授粉模拟模块在很大程度上类似于授粉模拟模块；然而，它包括在模拟中添加有意施用的花粉。实际上，如图6所示，方框505、510、515、520、525、530、535和540与授粉模拟模块相同。然而，添加了方框605、610、615、620和625。首先参考方框605，该模块将有意
花粉添加到可以用于授粉的花粉中。参考方框540，对于每个时间步长，由群组模拟几个输出结果。可以将这些结果相加，得到不同时间步长的总值。因此，对于每个时间步长，利用有意施用的花粉的可用性，计算输出(包括授粉柱头的百分比、剩余的未授粉的能进行授粉的柱头、累积的产籽量或结果量、每植株产籽量或结果量、单位面积的产籽量或结果量、以及结籽或座果的百分比)。参考方框610，利用可用的柱头对每个时间步长进行模拟，并且保存结果615。该模拟生成一个或多个时间步长，其中所得种子、谷粒和/或水果的收成得到改善。此外，模拟可以对改进进行排序。所得的种子、谷粒和/或果实的模拟收成可以被量化并作为输出提供给方框625，其与上面详细描述的输出540相同，但是具有有意花粉的可用性。
[0113]
参考图7，本方法的实施例可以包括物流管理模块700，有时也称为日历模块。本发明的方法通常同时应用于几种种植环境。例如，种植者可以输入并运行多个种植环境(例如多片田地)的模拟。物流管理模块为用户提供了同时模拟几个种植环境的工具，从而对有意施用的花粉在多个种植环境中的传递进行优先排序和管理(这也将在下面结合图形用户界面进行描述)。
[0114]
物流管理模块700的输入包括群体名称、位置和天气模块100的输出，这些都已在上面详细描述。进一步的输入包括来自授粉模拟500的输出和有意授粉模拟600的输出。本方法可以包括结合天气条件710来提取具有最大花粉散落密度的时间步长715，以及提取具有座果、结实和/或结籽的最大增加的时间步长720。这些导致可操作的日历事件的调度。具体地，具有最大花粉散落密度的时间步长715导致“最佳收集”被表达为预定事件730，而具有座果、结实和/或结籽的最大增加的时间步长720导致“最佳授粉”被表达为预定事件735。
[0115]
有意施用模拟模块的输出与上述授粉模拟模块一致。使用授粉模拟模块的输入和输出，但是它们与涉及在每个时间步长处提供有意的花粉施用的场景相结合，以确定哪个(哪些)时间步长产生最期望的种子、谷粒和/或果实结果的有意的花粉施用。换句话说，如果授粉不限于自然授粉，有意施用模拟询问在每个时间步长期间会发生什么。这就产生了向植株群体有意施用花粉的一个或多个最佳时间步长。
[0116]
计算的一般逻辑是根据每天的花粉散落密度，确定对作物有意授粉将每天的未授粉的、能进行授粉的小花群组转化为种子、谷粒和/或果实的最佳日期。未授粉的、能进行授粉的小花转化为结籽或座果的比率随着花粉散落密度的逻辑函数而增加，直至达到饱和密度。例如，为确保玉米97％的暴露的能进行授粉的柱头结籽，花粉散落饱和密度约为125粒/cm2。
[0117]
如下面表15中提供的，新暴露的雌性小花是根据进入开花的雌性植株的群体动态的百分比％
×
每植株的柱头暴露的日速率来计算的。每一植株的处理方式相同。换句话说，在这个具体的计算中，没有对优势株或劣势株上的不同开花速率进行调整。在其他实施例中，可以调整算法以说明优势株或劣势株的不同开花速率。每天可以用于授粉的小花总数(群组n)是新暴露的小花(开花株的增量％
×
第n天暴露的小花)加上来自所有先前每天的群组的未授粉的、能进行授粉的小花(由柱头外露率和持续时间、小花能进行授粉的持续时间、以及先前暴露的花粉密度来决定)的总和。在第n天未授粉的小花被添加到第n+1天外露的下一群组中，依此类推。未授粉的小花的能进行授粉持续时间是用户选择的变量。因此，每天群组中可以用于授粉的小花的实际数量＝新暴露的小花(柱头)+前几天中未授粉的小花－授粉的小花－衰老的小花。再次参考表15，在一些实施例中，导致一些小花不能到达花
期的条件可以并入这些计算中。此外，授粉后由于败育造成的结籽或座果的损失也可以考虑。在灌溉和管理良好的条件下，授粉后败育或未发育小花的程度可能不显著。但是在植株群体密度高或应激环境中，这些比率会对最终的种子和结果产生显著影响，并且应该被结合到计算中，以更准确地模拟有意授粉的结果。本方法(包括本方法的软件版本)被设计成基于先前的农学知识和天气对开花动态和种子形成的影响来适应这些计算的改进。
[0118]
花粉散落的每天的密度是根据散落的群体动态百分比％
×
每植株每天的花粉散落来计算的。每天都有一批新群组的植株开始散落花粉(开始散落花粉的植株的百分比％增加)。每个每天的群组添加的花粉遵循单个植株的散落动态
×
当天参与花粉散落的植株数。自所有群组求和的花粉散落用于计算当天的花粉散落密度(粒/cm2)。然后，在计算结籽或座果之前，对有效(有活力的)花粉散落密度进行调整，以弥补活力的损失。该程序可以整合任何数量的雄性群体的每天的散落密度，从这些群体中收集新鲜花粉以供立即施用或储存以供随后施用，并独立管理每个群体的计算。此外，如果需要的话，花粉散落的日间模式可以作为一个额外的、可选的因素在计算中进行考虑。这一因素对某些作物(如玉米)更为重要，因此并不总是必需的。
[0119]
一旦确定了每天能进行授粉的柱头/面积的数量和花粉散落密度，本方法就将能进行授粉的、未授粉的小花/面积转化为每个相关群组中单位面积的种子或谷粒或果实，并将这些值相加，以确定当前的结籽或座果和每天增加的种子/面积或果实/面积。
[0120]
本方法提供了绘制以下发育输出的能力：
[0121]
1.雌性小花的累积数量/面积
[0122]
2.每天的花粉散落密度
[0123]
3.种子的累积数量/面积或果实的累积数量/面积
[0124]
4.每天的未授粉的能进行授粉的小花数量
[0125]
5.群体中50％的雌性花期(暴露用于授粉的柱头)的日期
[0126]
6.群体中50％的雄花花期(开始花粉散落)的日期
[0127]
本方法提供了绘制以下附加输出的能力：
[0128]
1.小花总数/面积
[0129]
2.种子总数/面积或果实总数/面积
[0130]
3.结籽率或座果率
[0131]
4.每个穗轴节间的平均结籽数或座果数
[0132]
5.每植株的结籽或座果的平均数量
[0133]
6.每植株的结籽或座果的群体概况
[0134]
本方法提供了分析以下对有意授粉的有效性的额外影响及其对作物产量的影响的能力
[0135]
1.评估改变雄性植株密度对作物产量的影响，这可以帮助种植者做出与种植环境布局相关的最佳决策(图2，方框205、210、215)
[0136]
2.评估改变雌性植株密度对作物产量的影响，这可以帮助种植者做出与种植环境布局相关的最佳决策(图2，方框205、210、215)
[0137]
3.评估在种植环境中改变雌性和/或雄性种植配置的影响，这可以帮助种植者做出与种植环境布局相关的最佳决策(图2，方框205、210、215)
[0138]
4.评估一次或多次有意施用花粉对纯雌性种植环境的影响，允许种植者确定是否重新考虑在种植环境中增加雄性，或者确定有意施用花粉的最佳次数，以对产量或其它作物特性产生最大影响(图6，方框540对625)
[0139]
5.评估一个或多个有意授粉施用的潜力，以减少作物产量中遗传杂质(图6，方框540对625)
[0140]
6.基于预期的结籽百分比，评估来自给定种植环境的可销售种子的改善，该预期的结籽百分比是有意授粉时间的函数(图6，方框540对625)
[0141]
7.基于预期的结实百分比，评估来自给定种植环境的可销售粒的改善，该预期的结实百分比是有意授粉时间的函数(图6，的框540对625)
[0142]
8.评估在多片田地上施用所述花粉的最佳顺序，该顺序是每片田地中开花动态和有意授粉时间的函数(图6，方框540与525；图7，方框725、730、735)
[0143]
9.在确定了施用所述花粉的最佳日期后，评估有意施用花粉的最佳日间条件。(图中的方框105、110；图6，方框540与525；图7，方框705、725、730、735)
[0144]
本发明使用每天的花粉散落密度的发育概况和每天的未授粉的、能进行授粉的小花的数量来确定增加结籽率、座果率和结实率的最佳时间，或者通过有意施用花粉(无论是主要的还是补充的)来改变种子组成。出于这种规定的目的，本方法为每天的花粉散落动态(如果有的话)提供了有意施用的花粉的饱和剂量。针对每个单独的施用日，该施用将剩余的未授粉的、能进行授粉的小花转化为结籽或座果。本方法将每天结籽或座果的潜在增加与最初的每天的值进行比较，以基于雄性植株和雌性植株群体的开花动态来确定进行有意授粉的最佳日期。本方法还使用每天的花粉散落密度的发育分布来计算最大花粉散落发生的日期。
[0145]
本方法的结果可以以日历的形式显示为雄性植株和雌性植株的每个组合的“最佳花粉收集”日期和“最佳有意花粉施用”日期的范围。可以同时比较的种植环境的数量没有限制。
[0146]
在本发明的至少一个软件实施例中，分类选项使用户能够选择种植环境的子集进行比较。如果从种植到开花的生长度单位(gdu)或累积热量单位(ahu)的农艺值可以用于使用本方法的植株品种，则本方法基于长期平均天气或受控环境条件提供种植时“最佳花粉收集”日期和“最佳有意花粉施用”日期的初始规定。关于植株发育、作物管理和天气的后续输入可以用于改进初始处方。
[0147]
图8至图12提供了关于玉米地的本发明的计算机实现的实施例的图形用户界面的图示。图8是田地信息页面的图示。预期本发明的用户将把关于多个田地的信息输入到程序中。该屏幕列出了用户的田地，以及关于这些田地的一些关键信息。例如，在该实施例中，屏幕显示了田地的名称、预期50％柱头外露的日期(在这种情况下是玉米群体的50％抽穗)，以及用纬度和经度表示的田地的位置。还有一些按钮供用户添加田地、从不同的程序(如microsoft excel)上传田地，以及下载模板的选项，以供将来上传田地。
[0148]
当用户单击特定田地时，会显示关于该田地的更多信息。图9展示了这样一个屏幕。屏幕上显示了关于该田地的几个细节，包括上述输入。这些细节包括雌性植株与雄性植株的比率、田地的位置、植株群体、每植株的柱头数(以每穗穗丝数表示)、柱头保持授粉的天数、预期50％的柱头外露的日期、花粉散落的持续时间、预期50％的雄性植株散落花粉的
日期以及每植株的花粉统计。图10还以图形形式提供了关于特定田地的信息。也就是说，图示的图表显示了累积的穗丝、能进行授粉的穗丝、自然授粉的穗丝、最佳施用日期、最佳机械施用日，以及随时间变化的(更具体地随天变化的)花粉散落密度。
[0149]
参考图11，当用户选择添加田地时，出现图3所示的屏幕。该屏幕为用户提供了输入本方法所需的几个输入的地方。这些输入包括：田地名称、雌性与雄性的比率、用纬度和经度表示的位置、每植株的柱头(在本例中用每穗穗丝数表示)、雌性保持授粉的天数、群体中的植株数、预期50％的植株具有外露的柱头的日期、预期95％的植株具有外露的柱头的日期、花粉散落持续时间、预期50％的植株将散落花粉的日期以及每植株的花粉统计。
[0150]
图12提供了本发明的日历输出的视图。它显示了每片田地的哪一天产生最好的花粉施用，并且在这个实施例中也是最好的花粉收集。这允许用户在每片田地中安排和优先化时间，这将最大限度地提高期望的输出。
[0151]
此外，下表15提供了与本方法的所有方面相关的计算。
[0152]
[0153]
[0154]
[0155]
[0156]
[0157][0158]
表15与本发明方法的实施例相关的计算。模块和方框编号被包括在内，如它们在所示实施例中所示。然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在一个或多个其他示出的模块中或者在使用与本文所述的模块不同的模块的方法中使用这些计算。
[0159]
因此，根据上述公开内容，本发明还提供了一种方法，本方法确定何时对作物植株进行授粉，并可选地确定一个或多个时间步长(包括但不限于一天)、时间点和/或时间段，在这些时间步长、时间点和/或时间段上可以优化有意授粉，例如以提供感兴趣的种子、谷粒和/或果实的最大或更大的产量(例如收成)。这种方法不需要包括授粉步骤，并且可选地不包括授粉步骤，而是一种确定何时对感兴趣的植株群体或群体的一部分进行有意授粉的方法。例如，这种方法可以由一个或多个以下的编号的项来定义：
[0160]
1.一种用于确定一个或多个时间步长(包括但不限于一天)、时间点和/或时间段的方法，在所述时间步长、时间点和/或时间段上优化具有一个或多个柱头的作物植株的有意授粉，所述柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，所述方法包括以下项、基本上由以下项组成或由以下项组成：
[0161]
a.收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；以及
[0162]
b.利用至少一个处理器对计算环境内的多个数据处理模块中的输入数据进行建模，所述数据处理模块被配置为通过以下步骤识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉：
[0163]
i.在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；以及
[0164]
ii.在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及
[0165]
iii.生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0166]
2.根据项1所述的方法，还包括在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模。
[0167]
3.根据项1或2所述的方法，其中在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模包括：
[0168]
a.在每个时间步长期间，对可用花粉的量进行建模，和/或
[0169]
b.在每个时间步长期间，对自然授粉的柱头数进行建模。
[0170]
4.根据项1-3中任一项所述的方法，其中所述时间步长是一天。
[0171]
5.根据项1-4中任一项所述的方法，其中所述作物植株是玉米。
[0172]
6.根据项1-5中任一项所述的方法，其中在有意授粉步骤期间出于建模目的而考虑的花粉选自新鲜花粉、保藏的花粉及新鲜花粉和保藏的花粉的组合。
[0173]
7.根据项6所述的方法，其中所述花粉是保藏的花粉。
[0174]
8.根据项1-7中任一项所述的方法，其中足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的所述生殖成熟度数据包括以下中的一项或多项：
[0175]
a.在种植所述作物与所述作物开始使能进行授粉的柱头外露之间所需的时间的量；
[0176]
b.所述作物使能进行授粉的柱头外露所需的热量单位的量；
[0177]
c.每植株的柱头数；
[0178]
d.所述作物使能进行授粉的柱头外露的速率；和/或
[0179]
e.所述作物的外露的柱头保持授粉的时间步长数。
[0180]
9.根据项1-8中任一项所述的方法，其中在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模包括收录与花粉散落有关的数据，其中，所述与花粉散落有关的数据包括以下中的一项或多项：
[0181]
a.在种植一种或多种将散落花粉的植株与所述一种或多种将散落花粉的植株开始散落所述花粉之间所需的时间的量；
[0182]
b.在种植一种或多种将散落花粉的植株与所述一种或多种将散落花粉的植株开始散落所述花粉之间所需的热量单位的量；
[0183]
c.将散落花粉的每个植株所散落的花粉的量；
[0184]
d.将散落花粉的所述植株散落花粉的速率；和/或
[0185]
e.将散落花粉的所述植株散落花粉的时间步长数。
[0186]
10.根据项1-9中任一项所述的方法，其中所述方法应用于多个种植环境中的具有能进行授粉的一个或多个柱头的作物植株，并且所述方法针对每个种植环境生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其它所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0187]
11.根据项10所述的方法，其中所述多个种植环境是位于不同位置的多片田地。
[0188]
12.根据项10或11所述的方法，还包括针对每个种植环境生成所述时间步长的日历，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的感兴趣的所述种子、谷粒或果实的收成。
[0189]
13.根据项1-12中任一项所述的方法，其中所述授粉是异花授粉。
[0190]
14.根据项1-12中任一项所述的方法，其中输入数据还包括天气数据，所述天气数据包括以下中的一项或多项：
[0191]
a.历史天气数据；
[0192]
b.当天天气数据；以及
[0193]
c.预测天气数据。
[0194]
15.根据项1
–
14和16中任一项所述的方法，其中所述方法的实践增加了收成的价值。
[0195]
16.一种用于确定一个或多个时间步长(包括但不限于一天)、时间点和/或时间段
的方法，在所述时间步长、时间点和/或时间段上优化具有一个或多个柱头的作物植株的有意授粉，所述柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，所述方法包括以下项、基本上由以下项组成或由以下项组成：
[0196]
a.收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；
[0197]
b.对输入数据进行建模，以识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，通过以下步骤对所述作物的所述群体进行有意授粉：
[0198]
i.在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；
[0199]
ii.在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及
[0200]
iii.生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0201]
17.根据项1-15中任一项所述的方法可以是计算机实现的方法。
[0202]
18.根据项1-16中任一项所述的方法可以是用于对作物植株进行授粉的方法，并且还包括在一个或多个时间步长期间对作物植株群体进行有意授粉，在所述一个或多个时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其它所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0203]
还公开了授粉方法、谷粒生产方法、种子生产方法和/或果实生产方法，包括如本技术中其他地方所述的本发明的所述方法，其中谷粒、种子和/或果实的下游用途不包括用于植株育种目的的谷粒、种子和/或果实和/或涉及谷粒、种子和/或果实的破坏。这种谷粒、种子和/或果实的用途可以包括但不限于动物饲料、燃料及其生产中的用途(包括但不限于乙醇)，例如作为所述燃料生产中发酵的饲料、人类消费的食物以及除植株育种以外的工业用途。此外，这些方法可以基本上不包括生产植株的生物过程。
[0204]
此外，还公开了作物植植株群体，其特征在于群体中的植株已经根据本文所述的本发明的方法进行授粉，例如通过以下方法：(1)收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；(2)对输入数据进行建模，以识别一个或多个时间步长，在该时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉，通过：(i)在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；(ii)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及(iii)生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成；以及(3)在所述时间步长的至少一个时间步长期间对所述作物植株的所述群体进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0205]
还公开了作物植株群体，其特征在于群体中的植株已经根据本文所述的本发明的方法进行授粉，例如通过以下方法：(1)收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；(2)利用至少一个处理器对计算环境内的多个数据处理模块中的输入数据进行建
模，所述数据处理模块被配置为识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉，通过：(i)在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；(ii)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及(iii)生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成；以及(3)在所述时间步长的至少一个时间步长期间对所述作物植株的所述群体进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。
[0206]
此外，还提供了一种用于模拟对具有一个或多个柱头的作物植株进行授粉的方法，所述柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，其中所述方法包括(1)收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；以及(2)对输入数据进行建模，以识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉，通过：(i)在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；(ii)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及(iii)生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。这种方法可以在计算机上完成，尽管这不是必须的。
[0207]
还公开了一种用于模拟对具有一个或多个柱头的作物植株进行授粉的方法，所述一个或多个柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，其中所述方法包括(1)收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；(2)利用至少一个处理器对计算环境内的多个数据处理模块中的输入数据进行建模，所述数据处理模块被配置为识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉，通过：(i)在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；(ii)在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及(iii)生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成；以及(3)在所述时间步长的至少一个时间步长期间对所述作物植株的所述群体进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。这种方法可以在计算机上完成，尽管这不是必须的。
[0208]
参考第0093、0094、0095、0096、0097和/或0098段，该群体中的植株的最小数量可以是任何数量，并且将取决于作物的类型。此外，通过本方法在同一天授粉的群体的植株的百分比可以包括5％或更多、10％或更多、15％或更多、20％或更多、25％或更多、30％或更多、35％或更多、40％或更多、45％或更多、50％或更多、55％或更多、60％或更多、65％或更多、70％或更多、75％或更多、80％或更多、85％或更多、90％或更多、95％或更多、97％或更多、98％或更多、99％或更多、或100％。
[0209]
参考第0093、0094、0095、0096、0097、0098和/或0099段，用于有意授粉的花粉可以
是保藏的花粉。通过有意施用保藏的花粉进行授粉的植株在群体中的百分比可以是5％或更多、10％或更多、15％或更多、20％或更多、25％或更多、30％或更多、35％或更多、40％或更多、45％或更多、50％或更多、55％或更多、60％或更多、65％或更多、70％或更多、75％或更多、80％或更多、85％或更多、90％或更多、95％或更多、97％或更多、98％或更多、99％或更多、或100％。
[0210]
参考第0093、0094、0095、0096、0097、0098、0099和/或0100段，授粉可以发生在种植环境中，包括但不限于田地、遮荫房、玻璃房、温室、拱形温室、生长室、垂直耕作设施、水培设施和/或气培设施。
[0211]
还公开了一种计算机程序、计算机程序产品和计算装置，其被配置为执行与纯认知任务相关的所述方法的全部或一部分，其涉及数据的输入、处理和输出。具体地，尽管不是排他地，计算机程序、产品和装置可以被配置成执行在第0093、0094、0095、0096、0097、0098、0099、0100和/或0101段中公开的方法，包括本文别处描述的那些方法的任何可选特征。
[0212]
尽管上面已经以一定程度的特殊性描述了本发明的各种代表性实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离说明书和权利要求中阐述的本发明主题的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。在一些情况下，在本文直接或间接阐述的方法中，以一种可能的操作顺序描述了各种步骤和操作，但是本领域技术人员将会认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以重新安排、替换或删除这些步骤和操作。以上描述中包含的或附图中示出的所有内容应被解释为仅是说明性的，而不是限制性的。在不脱离所附权利要求中限定的本发明的精神的情况下，可以进行细节或结构上的改变。
[0213]
尽管已经参照上述实施例描述了本发明，但对于那些至少拥有本领域普通技术的人来说，各种替换、修改、变化、改进和/或实质等同物，无论是已知的还是当前可以预见的，都是显而易见的。因此，上述本发明的实施例旨在说明，而非限制。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本发明旨在包含所有已知或早期开发的替代、修改、变化、改进和/或实质等同物。

技术特征：
1.一种用于对具有一个或多个柱头的作物植株授粉的方法，所述柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，所述方法包括：a.收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；b.利用至少一个处理器对计算环境内的多个数据处理模块中的输入数据进行建模，所述数据处理模块被配置为通过以下步骤识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间对所述作物的所述群体进行有意授粉：i.在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；ii.在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及iii.生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成；以及c.在所述时间步长的至少一个时间步长期间对所述作物植株的所述群体进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模包括：a.在每个时间步长期间，对可用花粉的量进行建模；b.在每个时间步长期间，对自然授粉的柱头数进行建模。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述时间步长是一天。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述作物植株是玉米。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在有意授粉步骤期间施用的花粉选自新鲜花粉、保藏的花粉以及新鲜花粉和保藏的花粉的组合。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述花粉是保藏的花粉。8.根据权利要求5所述的方法，其中，足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的所述生殖成熟度数据包括以下中的一项或多项：a.在种植所述作物与所述作物开始使能进行授粉的柱头外露之间所需的时间的量；b.所述作物使能进行授粉的柱头外露所需的热量单位的量；c.每植株的柱头数；d.所述作物使能进行授粉的柱头外露的速率；e.所述作物的外露的柱头保持授粉的时间步长数。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在每个时间步长期间，对自然授粉的花粉的可用性进行建模包括收录与花粉散落有关的数据，其中，所述与花粉散落有关的数据包括以下中的一项或多项：a.在种植一种或多种将散落花粉的植株与所述一种或多种将散落花粉的植株开始散落所述花粉之间所需的时间的量；b.在种植一种或多种将散落花粉的植株与所述一种或多种将散落花粉的植株开始散
落所述花粉之间所需的热量单位的量；c.将散落花粉的每个植株所散落的花粉的量；d.将散落花粉的所述植株散落花粉的速率；e.将散落花粉的所述植株散落花粉的时间步长数。10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法应用于多个种植环境中的具有能进行授粉的一个或多个柱头的作物植株，并且所述方法针对每个种植环境生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其它所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个种植环境是位于不同位置的多片田地。12.根据权利要求10所述的方法，还包括针对每个种植环境生成所述时间步长的日历，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的感兴趣的所述种子、谷粒或果实的收成。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述授粉是异花授粉。14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述输入数据还包括天气数据，所述天气数据包括以下中的一项或多项：a.历史天气数据；b.当天天气数据；以及c.预测天气数据。15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的实践增加了收成的价值。16.一种用于对具有一个或多个柱头的作物植株授粉的方法，所述柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实，所述方法包括：a.收录所述作物植株的群体的生殖成熟度数据作为输入数据，其中，所述生殖成熟度数据包括足以确定所述作物植株将进行授粉的一天或多天的信息；b.对输入数据进行建模，以识别一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，通过以下步骤对所述作物的所述群体进行有意授粉：i.在多个时间步长期间生成所述群体中能进行授粉的柱头的量；ii.在每个时间步长期间对有意施用花粉的效果进行建模，以将每个时间步长期间的能进行授粉的柱头数转化为所述感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出；以及iii.生成一个或多个时间步长，在所述时间步长期间，有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成；以及c.在所述时间步长的至少一个时间步长期间对所述作物植株的所述群体进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的所述感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。

技术总结
提供了对具有一个或多个柱头的作物植株进行授粉和授粉模拟的方法，柱头能进行授粉并产生至少一个感兴趣的种子、谷粒或果实。本发明的方法包括收录作物植株群体的输入数据，例如生殖成熟度数据，该数据足以确定作物植株将进行授粉的一天或多天。输入数据被建模为生成群体中能进行授粉的柱头的量，对每个时间步长期间有意施用花粉的效果进行建模，以将能进行授粉的柱头数转化为感兴趣的种子、谷粒或果实的建模输出，并生成一个或多个时间步长，在该时间步长期间有意授粉被建模为提供比其他所述时间步长更大的感兴趣的种子、谷粒或果实的收成。可以在所述时间步长中的至少一个时间步长期间对作物进行有意授粉，在所述时间步长期间有意授粉被建模为提供感兴趣的种子、谷粒或果实的更大收成。果实的更大收成。果实的更大收成。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：艾乐速AG技术有限公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/8/13