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近紅外在作物選種工作的應用
閱讀：617 發布時間：2019-6-24引言：
作物選種工作是科學農業生產過程中的重要環節，對 作物的產量、質量起著至關重要的作用。傳統作物選 種，主要根據種粒的外觀色澤，形狀，大小，粒重等 物理信息，輔以抽樣進行生物化學實驗，分析發芽 率、發芽勢、種?；盍Φ壬镏笜艘约案鞣N影響作物 生長的化學指標進行評價分析。傳統的選種方法為高 產、、高質的農業生產提供了保證，但是存在不 足。
根據種粒外觀物理性狀進行選種，要求選種人員具備 豐富的經驗。選種結果可能因為選種人員的精神、體 力狀態等主觀因素的影響造成結果存在差異。同時生 物化學實驗分析時間較長，且對種籽粒造成破壞， 以油菜籽芥酸檢測為例，該過程中，需將油菜籽進行 研磨粉碎、索氏提取、去雜質、滴定等復雜化學分析 過程，破壞油菜籽完整性，且操作復雜、消耗大量時 間。因此當前需要一種快速、無損、客觀的分析方 法用于選種工作，以適應現代科學農業發展的快速趨 勢。
近紅外光譜技術自上世紀50年代開始快速發展，因其 快速、無損、信息豐富等優勢，很快在農業、食品、 石油化工、日用化工、制藥、紡織、醫學等方面得到 認可并被廣泛應用。在科學選種工作中，近紅外可以 明顯提高工作質量和效率，為選種提供便利。
Antaris型儀器作為市場上臺模塊化設計的FT（ 傅里葉變換）式商用儀器，獲得了當年分析儀器的 R&D100大獎，因儀器的穩定性和可靠性，在行業內 有著良好的信譽和口碑，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 說明。隨后又推出了改進型的Antaris II儀器，不但繼 承了原Antaris型分析儀的全部優點，在儀器反應速度 等方面性能又得到了進一步提升，同時改進使用usb 接口與電腦連接，連接方式簡單快捷，解放了計算機 接口，為擴展其他功能提供了便利。
實驗及應用：
1、選種檢測的采樣方式
在農業選種工作中，儀器可以根據不同類型的種粒選 擇不同的采樣方式，針對小顆粒型的種粒（如油菜籽 等），儀器可以選擇使用積分球旋轉臺式的檢測方 式，該方法的優勢在于：
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]，優勢在于提高了漫反射光 的收集效率，提高儀器的信噪比，得到更高質量 的光譜。
B、光譜代表性更充分：旋轉臺附件在光譜采集時 勻速旋轉，儀器掃描更大樣品面積，光譜的即為 光斑掃過的所有樣品的信息，提高了光譜的代表 性。
針對大顆粒型種粒（如玉米、蓮子等），儀器可選擇 使用積分球或光纖探頭的檢測方式。積分球方式常規 玉米籽?？梢詫⒐獍?遮擋，減小或避免檢測光源 直接透過檢測窗口造成的能量損失，提高光譜的信噪 比，得到更高質量的近紅外光譜，用于分析檢測。光 纖探頭式的檢測方式，可使用探頭直接檢測接觸籽粒 樣品進行檢測，實現手持式測量，測量方便。其他檢測方式，若對于大顆粒性籽粒具特殊要求，需 要檢測漫透射光譜式，也可使用漫透射方式進行檢 測，檢測時儀器可以同時得到漫反射和漫透射兩種 方式的光譜，實現了真正意義上“一石二鳥”式的檢 測。
2、快速分析方法
在進行選種檢測時，通常會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 預測模型后，利用該模型對樣品進行常規化學成 分的定量分析。
以油菜籽為例，選用儀器的積分球配合旋轉臺附件， 進行光譜采集。根據樣品量多少，選擇合適大小的樣 品杯（直徑5cm、3cm或1cm）。光譜采集可根據實 際情況進行設置。通常使用建議使用分辨率：8cm-1， 光譜范圍：4000~10000cm-1，掃描次數：64次，同 時可以使用儀器的“自動增益”自動設置儀器的InGaAs檢測器的增益范圍，以及光源的能量衰減范圍， 該操作過程自動完成，對于沒有相關儀器操作經驗的 人員也可以自行完成。根據以上建議參數，每條光譜 的采集時間通常僅需要40s左右，即可得到高質量的 近紅外光譜。
光譜采集完成后，利用專業的建模計算軟件”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指標。
模型建立后，使用近紅外儀器控制軟件 ” Result-Integration ” 根據用戶自行要求，編寫檢測流程，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，指標分析、結果顯示、數據保存歸檔等操 作，此外還編寫OPC數據傳輸、數理統計等操作，同 時工作流程序也可與外部程序聯合使用，開發自由度 *。
實際檢測時，使用儀器控制軟件“Result-Operation” 進行，該軟件界面簡潔，操作簡單，即使無操作經驗 的檢測人員也能輕松完成檢測操作。同時，在該界面 下，操作人員無法對工作流程序以及模型進行直接修 改，為數據模型的安全管理提供了保證。
B、快速定性方法，即根據種粒的類別或者某些指標 特性，對樣品光譜進行定性分析，選取所需要的 類別，目前已有大量相關文獻報道，如根據燕麥 種?；盍χ笜?，將種粒分為3個不同程度的類別， 根據光譜進行定性判別[3]；根據不同玉米籽粒品種 進行定性判別分析[4 ]等。
結論： 近紅外分析技術，由于其快速，無損的優勢，可以有 效地避免傳統選種工作時由于主觀因素對選種結果的 影響，客觀的反映出種粒的真實狀態，提高選種工作 的質量。并且彌補傳統作物選種實驗對種粒的破壞 性、消耗時間過長等方面的不足，明顯的提升工作效 率。 Antaris II 近紅外光譜儀穩定可靠的性能，快速 的表現很好的詮釋了“使世界更健康，更清 潔，更安全”理念宗旨。