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近紅外在作物選種工作的應(yīng)用
閱讀：613 發(fā)布時(shí)間：2019-6-24引言：
作物選種工作是科學(xué)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì) 作物的產(chǎn)量、質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)作物選 種，主要根據(jù)種粒的外觀色澤，形狀，大小，粒重等 物理信息，輔以抽樣進(jìn)行生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析發(fā)芽 率、發(fā)芽勢(shì)、種?；盍Φ壬镏笜?biāo)以及各種影響作物 生長(zhǎng)的化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。傳統(tǒng)的選種方法為高 產(chǎn)、、高質(zhì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了保證，但是存在不 足。
根據(jù)種粒外觀物理性狀進(jìn)行選種，要求選種人員具備 豐富的經(jīng)驗(yàn)。選種結(jié)果可能因?yàn)檫x種人員的精神、體 力狀態(tài)等主觀因素的影響造成結(jié)果存在差異。同時(shí)生 物化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)種籽粒造成破壞， 以油菜籽芥酸檢測(cè)為例，該過(guò)程中，需將油菜籽進(jìn)行 研磨粉碎、索氏提取、去雜質(zhì)、滴定等復(fù)雜化學(xué)分析 過(guò)程，破壞油菜籽完整性，且操作復(fù)雜、消耗大量時(shí) 間。因此當(dāng)前需要一種快速、無(wú)損、客觀的分析方 法用于選種工作，以適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)農(nóng)業(yè)發(fā)展的快速趨 勢(shì)。
近紅外光譜技術(shù)自上世紀(jì)50年代開始快速發(fā)展，因其 快速、無(wú)損、信息豐富等優(yōu)勢(shì)，很快在農(nóng)業(yè)、食品、 石油化工、日用化工、制藥、紡織、醫(yī)學(xué)等方面得到 認(rèn)可并被廣泛應(yīng)用。在科學(xué)選種工作中，近紅外可以 明顯提高工作質(zhì)量和效率，為選種提供便利。
Antaris型儀器作為市場(chǎng)上臺(tái)模塊化設(shè)計(jì)的FT（ 傅里葉變換）式商用儀器，獲得了當(dāng)年分析儀器的 R&D100大獎(jiǎng)，因儀器的穩(wěn)定性和可靠性，在行業(yè)內(nèi) 有著良好的信譽(yù)和口碑，并在近紅外研究的書 籍-“handbook of NIR”[1] 中作為FT儀器的代表被引用 說(shuō)明。隨后又推出了改進(jìn)型的Antaris II儀器，不但繼 承了原Antaris型分析儀的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，在儀器反應(yīng)速度 等方面性能又得到了進(jìn)一步提升，同時(shí)改進(jìn)使用usb 接口與電腦連接，連接方式簡(jiǎn)單快捷，解放了計(jì)算機(jī) 接口，為擴(kuò)展其他功能提供了便利。
實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用：
1、選種檢測(cè)的采樣方式
在農(nóng)業(yè)選種工作中，儀器可以根據(jù)不同類型的種粒選 擇不同的采樣方式，針對(duì)小顆粒型的種粒（如油菜籽 等），儀器可以選擇使用積分球旋轉(zhuǎn)臺(tái)式的檢測(cè)方 式，該方法的優(yōu)勢(shì)在于：
A、漫反射*的收集效率：Antaris II型儀器使用鍍金 式積分球，積分球直徑5cm，相較于漫反射架或大 直徑的積分球 型附件[2]，優(yōu)勢(shì)在于提高了漫反射光 的收集效率，提高儀器的信噪比，得到更高質(zhì)量 的光譜。
B、光譜代表性更充分：旋轉(zhuǎn)臺(tái)附件在光譜采集時(shí) 勻速旋轉(zhuǎn)，儀器掃描更大樣品面積，光譜的即為 光斑掃過(guò)的所有樣品的信息，提高了光譜的代表 性。
針對(duì)大顆粒型種粒（如玉米、蓮子等），儀器可選擇 使用積分球或光纖探頭的檢測(cè)方式。積分球方式常規(guī) 玉米籽?？梢詫⒐獍?遮擋，減小或避免檢測(cè)光源 直接透過(guò)檢測(cè)窗口造成的能量損失，提高光譜的信噪 比，得到更高質(zhì)量的近紅外光譜，用于分析檢測(cè)。光 纖探頭式的檢測(cè)方式，可使用探頭直接檢測(cè)接觸籽粒 樣品進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)手持式測(cè)量，測(cè)量方便。其他檢測(cè)方式，若對(duì)于大顆粒性籽粒具特殊要求，需 要檢測(cè)漫透射光譜式，也可使用漫透射方式進(jìn)行檢 測(cè)，檢測(cè)時(shí)儀器可以同時(shí)得到漫反射和漫透射兩種 方式的光譜，實(shí)現(xiàn)了真正意義上“一石二鳥”式的檢 測(cè)。
2、快速分析方法
在進(jìn)行選種檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)使用快速定量或快速定性 兩種方法
A、快速定量方法，即使用近紅外儀器建立種粒定量 預(yù)測(cè)模型后，利用該模型對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)化學(xué)成 分的定量分析。
以油菜籽為例，選用儀器的積分球配合旋轉(zhuǎn)臺(tái)附件， 進(jìn)行光譜采集。根據(jù)樣品量多少，選擇合適大小的樣 品杯（直徑5cm、3cm或1cm）。光譜采集可根據(jù)實(shí) 際情況進(jìn)行設(shè)置。通常使用建議使用分辨率：8cm-1， 光譜范圍：4000~10000cm-1，掃描次數(shù)：64次，同 時(shí)可以使用儀器的“自動(dòng)增益”自動(dòng)設(shè)置儀器的InGaAs檢測(cè)器的增益范圍，以及光源的能量衰減范圍， 該操作過(guò)程自動(dòng)完成，對(duì)于沒(méi)有相關(guān)儀器操作經(jīng)驗(yàn)的 人員也可以自行完成。根據(jù)以上建議參數(shù)，每條光譜 的采集時(shí)間通常僅需要40s左右，即可得到高質(zhì)量的 近紅外光譜。
光譜采集完成后，利用專業(yè)的建模計(jì)算軟件”TQ Analyst”軟件，建立選種的近紅外定量模型。如油菜 籽的水分、飽和脂肪酸、硫苷、含油量、芥酸、千粒 重、亞麻酸、亞油酸、油酸等用于選種的化學(xué)指標(biāo)。
模型建立后，使用近紅外儀器控制軟件 ” Result-Integration ” 根據(jù)用戶自行要求，編寫檢測(cè)流程，即工作 流程序。如圖 所示，該工作流中即包括了信息錄入， 光譜采集，指標(biāo)分析、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)保存歸檔等操 作，此外還編寫OPC數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等操作，同 時(shí)工作流程序也可與外部程序聯(lián)合使用，開發(fā)自由度 *。
實(shí)際檢測(cè)時(shí)，使用儀器控制軟件“Result-Operation” 進(jìn)行，該軟件界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，即使無(wú)操作經(jīng)驗(yàn) 的檢測(cè)人員也能輕松完成檢測(cè)操作。同時(shí)，在該界面 下，操作人員無(wú)法對(duì)工作流程序以及模型進(jìn)行直接修 改，為數(shù)據(jù)模型的安全管理提供了保證。
B、快速定性方法，即根據(jù)種粒的類別或者某些指標(biāo) 特性，對(duì)樣品光譜進(jìn)行定性分析，選取所需要的 類別，目前已有大量相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，如根據(jù)燕麥 種?；盍χ笜?biāo)，將種粒分為3個(gè)不同程度的類別， 根據(jù)光譜進(jìn)行定性判別[3]；根據(jù)不同玉米籽粒品種 進(jìn)行定性判別分析[4 ]等。
結(jié)論： 近紅外分析技術(shù)，由于其快速，無(wú)損的優(yōu)勢(shì)，可以有 效地避免傳統(tǒng)選種工作時(shí)由于主觀因素對(duì)選種結(jié)果的 影響，客觀的反映出種粒的真實(shí)狀態(tài)，提高選種工作 的質(zhì)量。并且彌補(bǔ)傳統(tǒng)作物選種實(shí)驗(yàn)對(duì)種粒的破壞 性、消耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等方面的不足，明顯的提升工作效 率。 Antaris II 近紅外光譜儀穩(wěn)定可靠的性能，快速 的表現(xiàn)很好的詮釋了“使世界更健康，更清 潔，更安全”理念宗旨。