光谱检测技术在种子质量检测中的应用.pdf

种子世界202206品种选育种子质量检测技术的应用为农作物种植生产提供了优质的基础，农作物种子的质量对农作物的高产稳产具有重要的影响意义。在农作物种植之前对其进行质量水平的检测，测定其活力水平、含水量、病害、产地、品种等各项标准，从而保障种子的质量。传统的种子质量检测方式在检测期间存在着耗时较长、影响因素过多、种子损耗量大等缺点。因此，在种子质量检测方面应用高效、便捷、无损的种子检测方式十分关键。光谱检测技术作为农作物种子检测过程中较为新型的一种技术方式，其应用十分的便捷、高效。本文将使用玉米种子质量检测技术为中心，讲述了传统种子检测技术应用的方式方面的短板，并对光谱种子质量检测技术进行简单的叙述。1 传统种子质量的检测方式1.1 传统籽粒纯度检测农作物种子纯度的标准时鉴定种子质量的重要指标，其在农作物生产期间对其产量的高低影响较为重要。传统用于种子纯度检测的技术方式可以分为两种，分别为籽粒形态鉴别及苗期各生长性状观察。籽粒形态鉴别是借助花粉直感现象，在对种子纯度鉴别时依据其种子的胚乳层外观，颜色或透明度等指标进行判定纯度水平。而苗期各生长性状观察是指将种子进行播种于室内、室外两种不同环境之中，依据种子在不同环境下萌发后的性状进行观察，从而区分种子，鉴定种子的纯度标准。此两种方式在应用期间，存有较强的主观性，检测耗费时间过长，不利于高效种子质量的检测。1.2 生化检测方式由于上述两种种子质量检测的方式局限性较强，因此生化检测种子质量的方式逐渐进入人们的视线中。生化检测方式通常是指蛋白质电泳法及分子标记测定方式。蛋白质电泳法是指对农作物的种子中所含的特定蛋白带进行检测，依据其在电泳凝胶上所表现出的谱带进行鉴别，从而鉴定出种子的品种类型、纯度等相关数据。而分子标记测定方式的应用是结合不同种子的 DNA 多态性特征，结合不同品种间的基因数据及外在表现出的相关规律表现出的不同差异，进行有效的鉴别区分。同时，DNA 多态性检测的方式，不仅仅应用在农作物种子的质量检测，在其他检测领域应用也较为广泛。2 种子质量光谱检测方式随着农作物种子的种类及品种的增多，在应用传统的种子质量检测技术期间，很有可能由于极为相似的外观，从而无法使用肉眼进行鉴别。传统的借助经验进行鉴别种子质量的方式，会导致种子的质量水平出现下降，影响农产品种植后的高产稳产。光谱检测技术作为近年来新型高效的种子检测方式，在应用种子质量检测的过程中，具有高效、无损、便捷等优势，为种子的质量检测提供了一个更为优异的选择方式，在种子质量的检测方面应用广泛1。2.1 近红外光谱与高光谱成像技术的结合近红外光谱检测技术是一种介于可见光合中红外的电磁波，其波长的范围在 7802500nm 之间，不同的种子其活力水平、含水率、表面特征方面会有一定的差异性，因此所获取的种子检测光谱响应曲线有不同，此种曲线显示的差异性可以作为种子质量信息的鉴别依据，从而实现高效的种子质量检测效果2。近红外光谱检测技术在种子质量检测过程中，相对于传统的种子鉴定技术，具有高效、无污染、快捷、成本低等优势，属于物理测定技术的一种。在农作物种子的检测期间，可以对种子进行直接鉴别，在此过程中不会对种子样品造成损耗，通常在农产品、中草药、化工成分等方面的检测与鉴定中都有广泛的应用。光谱检测技术在种子质量检测中的应用贺艳宁陕西省榆林市农业综合执法支队719000摘要：种子质量在农作物种植期间，对农作物的高产稳产占有重要的比重。在种子质量检测过程中，传统的检测方式检测过程相对较慢，难以实现高效的检测需求。而应用光谱检测技术，可以实现高效的检测效率，并且降低种子质量检测的成本。基于此，本文将结合常见农作物玉米种子的质量检测为阐述的对象，对玉米种子光谱检测的方式及流程进行分析，希望能够对推动光谱检测技术应用在种子质量检测方面提供相应的理论依据。关键词：光谱检测技术；种子质量；应用；发展96202206种子世界品种选育高效光谱成像技术应用在农作物种子质量检测期间，通常会在紫外波段 200400nm、可见光波段 400760nm、近红外波段7602560nm、及波长大于 2560nm 等波段中可以获取种子的窄波连续光谱图像数据信息。其检测出的相关信息能够从外观形态上反映出被测样本的基本特征，从被测样本的内部物理与化学结构成分进行呈现，从而实现被测样品的内外综合评价数据的展示。2.1.1 种子活力水平的检测种子活力水平作为种子质量检测的标准之一，其指种子在萌发为幼苗的基础上，能够快速的生长成为健壮的植株能力，称之为种子活力，即为种子的健壮程度。种子活力水平包含种子整齐快速的出苗率、种子萌发后的优质的生长潜力、生长为植株后的高抗逆性水平，及高产、高质的潜力水平。能够应用光谱技术进行快速的检测种子的活力水平，并且能够保持无损的条件下，对于农作物的种子鉴定具有重要的意义。例如相关研究学者在借助近红外光谱检测技术研究下，结合农作物种子在多变量分析基础上，对农作物种子进行测定，从而实现对种子活力水平的快速分析。在高光谱成像种子活力水平检测技术中，对玉米种子进行微波加热老化处理后，将其置于4002500nm 波段之中，未经过微波加热的玉米种子与经过微波加热老化处理的玉米种子所展现出来的光谱图像不同。对所呈现出的光谱图像采取最小二乘方式进行判别分析，并且建立起相应的模型，可以显著的分别出此两种不同情况下的玉米种子活力水平，同相应的预测集准确率保持在 95.6%，证实此种种子活力检测方式具有较高的有效性。同时，利用红墨水染色的方式对玉米种子的样品进行对照试验，将准备好的玉米种子样品置于 450900nm 的波段范围内的光谱曲线中，采取平滑预处理的方式减少相关的噪声，利用主成分分析的技术，对种子样品中的主要成分信息进行有效收集。依照相关的成分构成信息使用支持向量机对检测的种子样品设定定性模型，可以有效的实现对玉米种子的活力水平快速检测，不造成种子的损耗。同时，玉米种子在采取主成分分析后，可以将其光谱特征以 BP 神经网络的方式进行输入，从而建立起相关的智能检测模型，此检测技术的准确率可以达到 90.3%，单次识别时间仅仅为 27.36md，颇为高效。结合上述的光谱检测技术对玉米种子的测定活力水平方式，可以满足光谱技术对不同农作物种子质量的快速检测、高效、精准的检测需求。并且随着光谱技术的不断发展，不断的对农作物种子质量的检验方式进行优化，可以有效的促进种子质量检测的良好发展。2.1.2 种子含水率及病害方面的检测农作物种子的检测、储运、育种管理过程之中，都需要对种子的含水率进行测定，只有基于适宜的含水率下，才能够实现种子后续操作的高效性。水分测定方式是指依照相关的程序对农作物种子样品进行烘干处理，将烘干前后的重量进行统计，用所失去的重量占样品的原始重量的百分比进行测定。目前对种子的含水率测定方式为直接测定法，借助烘干减重方式、甲苯蒸储法、化学方式、红外线加热等方式实现3。但是上述传统的测定种子含水量的方式对种子自身的活性具有破坏性，无法实现对农作物种子的病害测定，并且执行的操作流程较为繁琐，无法实现高效的科研及生产需求。而采取光谱快速测定的技术，可以借助高光谱成像及神经网络技术进行结合，借助 491nm、772nm、824nm、870nm 四种不同的特征性波长对种子建立起含水率预测模型，其检测结果精准率达到 98%。使用高光谱成像技术、图像处理技术及变量筛选技术对种子进行含水率检测，可以实现对不同方向摆放的种子都可以实现有效的检测。在检测期间，可以对反方向放置的种子胚乳部、正面胚乳部等区域建立起光谱曲线，从而对种子总体的含水量有效的检测，其结论更加具有精确性，并且检测时间短，可以实现无损检测。在农作物长时间的储存管理之下，不良的储藏环境会导致种子出现霉变，种子内含的病害种类增多。在传统的检测方式下，无法实现无损的检测效果，而应用光谱检测技术，能够快捷、无损的展示所霉变的感染病菌及病菌含量。借助高光谱成像技术对种子的病害基础检测过程中，还需要借助主成分分析、逐步阶乘技术进行判别。在对玉米种子黄曲霉素含量检测期间，可以采取上述几种技术建立起预测模型，可以对玉米种子内含浓度低于 10ppb 的黄曲霉素检测出，与预测集的精准度保持在 88%以上。同时，在此基础上，借助 1729nm、2344nm 的波长可以实现对玉米种子表面所携带的黄曲霉素进行有效的检测。以上研究表明，在种子单粒含水率及病害的含量检测方面，光谱技术的应用范围较为广阔，检测精准度较高。2.1.3 种子的品种及产地的鉴定农作物种子的产地及品种的鉴别分析，对于我国的粮食食品安全的追溯体质的建立具有优质的推动作用。当某一区域出现粮食安全问题时，可以借助光谱技术的应用，及时的锁定发生问题的源头，并将所有的问题农产品及时的召回。因此，在开展农作物种子检测期间，借助光谱检测技术，对其原产地的信息及97种子世界202206品种选育品种的鉴别方面具有重要的应用价值。采取高光谱成像技术的应用，挑选农作物种子的样品，将其放置在波段范围为 4001000nm 内，对种子的自然轮廓信息进行有效的提取，结合提取数据中的均值、标准差、娣级能量等信息进行有效判断。结合种子所表现出的相关数据，以偏最小二乘判别方式进行建立起相关分析模型，其测试集的精确度水平达到了 98.39%。借助此技术能够实现对种子的产地及生产年份实现无损的鉴别。在近红外光谱检测技术下，为了对种子的品种及产地进行识别应用，可以将待测种子样品置于 8302500nm 的波长范围内，借助主成分分析的方式对种子样品进行提取相关的光谱特征数据信息。随后借助人工神经网络及支持向量机建立起相应的检测模型，此种检测鉴别方式对农作物种子的产地及品种的鉴别精准率分别达到了 95%和 90%以上，具有较强的应用价值。除此之外，近红外光谱技术与高光谱成像技术应用在种子的产地与品种的鉴定方面，其还具有多种的检测方式，能够实现对农作物种子的良好鉴别。此两种技术的结合与应用，为种子质量检测方面提供了多种的优质渠道，实现高效、无损、精准的种子质量检测效果，促进光谱检测技术的快速发展。2.2 拉曼光谱检测技术近年来，科学技术条件愈发的成熟，拉曼光谱检测技术在种子质量检测期间的应用也逐渐增多。拉普曼光谱检测技术是峰值范围为 104000cm-1，属于一种非弹性散射光谱，在种子检测期间，可以实现有机官能基因团对种子中所含的相关成分的有效鉴别分析。采取拉曼光谱检测技术过程中，对种子的品种识别方面，与线性辨别方式同时应用检测，对不同品种的种子采取不同的光谱预处理方式。将光谱处理下的信息使用变量选择算法建立模型，借助遗传算法对其建立的模型进行数据优化，其种子品种分类鉴别的结果与模型的预测符合率达到了 87.5%。在种子的品质检测分析鉴别时，借助拉曼光谱检测技术，对同一来源的品种在不同收获年份所获取的玉米种子进行检测。在检测期间，首先对玉米种子分别进行预处理，并且使用主成分分析辨别的方式，及最小二乘判别分析的方法，分别对其建立起了不同的判别模型。此种检测方式可以实行对玉米籽粒的形成代谢程度进行识别，判定玉米收获年份。在对种子的活力水平检测方面，借助拉曼光谱技术与傅里叶红外光谱技术，可以对种子的活力水平践行检测。并且，拉普曼光谱技术与 PLS-DA 检测技术两者的结合在种子的鉴别方面，具有精准性更高、鉴别时间更短等优势，对目前的种子质量光谱检测技术过程中，具有较强的应用性。拉普曼光谱技术应用在种子成分与病害分析过程中，能够对不同的种子样品其表面所携带的有机磷农残浓度进行有效的鉴别定量，在农产品的安全检测方面应用效果较好。拉普曼光谱技术可以对种子内部所含的蛋白质、直链与支链淀粉的成分进行鉴别，同时测定其相关含量，实现高效的种子成分含量鉴定研究，促进种子质量检测的无损化发展。2.3 其他光谱检测技术荧光光谱成像检测技术为落射光照明技术，在种子检测期间，通过光源在滤光片后所表现出不同的波长数据，从而促使种子检测样品产生对应的荧光。荧光在经过一系列的处理后会返回至物镜中，使用 CCD 成像技术可以对种子所含的主要成分进行分析，达到对种子成分、病害等方面的快速检测。此项研究技术在应用种子质量检测方面，对种子中所含的病害含量能够起到高效的检测效果，并且对于接种毒素及自然感染的毒素都能够呈现出一定的荧光峰，在正常的籽粒中无法检测到相应的荧光。X 射线荧光光谱检测方式是基于在特定的环境中，种子对 X射线的吸收能力进行测定其中的主要成分以及含量数据，从而实现对种子样品的所含成分测定的一种方式。可以应用与土壤、农作物中的各种中微量元素含量的测定，从而快速的分析出种子质量中其各种不同的成分。借助此种技术，可以对农作物的顶叶进行光谱技术的测定与分析，从而获取植株的叶片磷含量浓度、含水量等各种因素之间的含量，从而对农作物实施高效的养分管理。3 结束语综合以上内容，在农作物种子质量的检测过程中，传统的检测方式存在着诸多的弊端，无法实现无损、快捷、精准的测定结果。而多种光谱测定技术的应用，相较于传统的检测方式，其具有获取速度快、无损、便捷等优点，但是不同的光谱技术在应用期间都具有其独有的应用效果。相关技术人员在采取光谱检测技术对种子质量的检测过程中，可以结合需要测定的需求选择适宜的光谱检测技术，从而确保测定效果的精准高效性。参考文献：1康文龙.基于拉曼光谱技术的水果残留农药检测方法探讨J.食品安全导刊,2021(31):66-68.2岳佳铭,丛晓翔,李曼莉.多光谱成像技术在种子质量检测研究中的应用J.种子,2021,40(10):129-135.3张冰,苗思思.检测技术在食品质量控制中的应用探析J.食品安全导刊,2021(29):181-182.98