[發明專利]基于工程建模的多種化學殺菌劑組合的優化方法

有效

• 申請號: 201310661620.5
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103675252A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 邵志峰;陳捷;林宗利;李小衛;王祥;馬佳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N33/50
• 分類號: G01N33/50;A01N47/12;A01P3/00;A01N43/653;A01N43/54
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本發明涉及組合化學殺菌劑，特別涉及一種基于工程建模的多種化學殺菌劑組合的優化方法。?

背景技術

農業上研究化學殺菌劑對病原菌的抑制或者殺滅問題時，相關實驗結果表明多種化學殺菌劑組合在抑制效果和抗藥性方面相對單個殺菌劑作用有明顯的優勢。然而，隨著組合殺菌劑數量和每種殺菌劑劑量個數的增加，多種殺菌劑所有可能的組合數量也會呈指數增加。這樣，使用傳統實驗方法逐個篩選并最終得到最優組合是一件相當困難的事情。?

目前農業上解決這個問題的做法主要是使用少量的殺菌劑(一般是兩種)進行組合，同時每種殺菌劑選取少量的(2-3個)濃度值，從而減少了總的殺菌劑組合數量，然后通過實驗的方法逐個篩選出較好的殺菌劑組合。使用這樣的方法，雖然能夠找出相比單個殺菌劑作用更好的殺菌劑組合，卻存在兩個缺陷：一是相對而言要花費更多的人力、物力和時間；二是這樣篩選出來的殺菌劑濃度相對而言精確度較低，而且不能保證是最佳的組合。?

隨著社會生產力的發展，需要更多更有效的殺菌劑來防治農作物的疾病，特別是為了延緩病原菌抗藥性的產生，多化學殺菌劑聯合使用是很好的解決途徑。傳統的篩選方法在大規模多殺菌劑組合的優化問題上有明顯的不足。?

發明內容

本發明的目的，就是為了提供一種基于工程建模的多種化學殺菌劑組合的快速優化方法，實現基于少量的組合殺菌劑試驗就能優選出效果好，用量少和成本低的濃度組合。?

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種基于工程建模的多種?化學殺菌劑組合的優化方法，包括如下步驟：?

A、選擇合適的農業病原菌試驗體系，并確定對該病原菌已經有效的并且適合于組合的殺菌劑；?

B、分別測量每種殺菌劑對病原菌的抑制率關于劑量的響應曲線；?

C、根據每種殺菌劑的劑量范圍，選擇合適的濃度進行組合，并選擇少量的組合進行殺菌實驗，根據少量組合殺菌實驗的結果，建立數據驅動模型，描述病原菌對組合殺菌劑的響應；?

D、基于建立的數據驅動模型，通過計算機模擬，優化出理想的殺菌劑組合。?

步驟A的具體做法是，對于要防治的病原菌，首先確定實驗的樣本和實驗的環境，并盡可能與大田中的病原菌樣本和環境接近；其次是確定對該病原菌已知有明確抑制或者殺滅效果的至少兩種殺菌劑，所確定的殺菌劑在組合后不能發生化學反應導致產生新的化學成分。?

步驟B的具體作法是，對于每種被選擇組合的殺菌劑，選擇多種不同的濃度作用于要抑制的病原菌，獲得該殺菌劑對該病原菌有效果的濃度范圍，包括最小濃度和最大濃度；并基于實驗數據擬合得到每種殺菌劑對病原菌的抑制率關于劑量的響應曲線。?

步驟C的具體作法是：?

C1、基于每種殺菌劑對病原菌的抑制率關于劑量的響應曲線，均勻選出若干個劑量，這些劑量的效果可以覆蓋抑制率從0到可能的實驗最大值；?

C2、將所選的每種殺菌劑的劑量進行任意組合，得到所有可能的濃度組合，從這些組合中以均勻分布的模式隨機的選出一些組合進行實驗，并測量出這些組合所對應的抑制率；?

C3、利用機器學習的算法建立組合殺菌劑濃度與抑制率之間的模型，使用這些已經獲得的數據優化模型中的參數，使得該模型的預測值和實驗值有最好的相關性，從而建立該病原菌對組合殺菌劑響應的數據驅動模型。?

步驟D的具體作法是：?

D1、由數據驅動模型預測出所有組合對應的抑制率，并從其中找出抑制率和殺菌劑劑量都滿足預定目標的殺菌劑組合；?

D2、對于找出的殺菌劑組合對應的集合進行聚類分析，得出每一類中殺菌劑組合構成的子集，在每個子集中確定出每種殺菌劑的濃度區間，并在所有子集?對應的殺菌劑濃度區間中篩選出最符合期望值的部分作為最好的殺菌劑組合。?

本發明通過機器學習的算法建立病原菌對組合殺菌劑響應的數據驅動模型，僅需要很少量(相對于總的殺菌劑濃度組合數而言)的實驗次數就能找到最好的殺菌劑組合，不但能夠實現高的抑制效率，而且相較于同效率的單個殺菌劑作用時的每種殺菌劑的劑量都下降了。此外，本發明的方法在一定程度上是一個通用的方法，在類似的問題中都可以借鑒使用。?

附圖說明

圖1是本發明一實施例中所選擇的殺菌劑阿米西達對玉米小斑病的抑制率關于劑量的響應曲線；?

圖2是本發明一實施例中所選擇的殺菌劑多抗霉素對玉米小斑病的抑制率關于劑量的響應曲線；?

圖3是本發明一實施例中所選擇的殺菌劑愛苗對玉米小斑病的抑制率關于劑量的響應曲線。?