[發明專利]一種基于高光譜的米粒品質功能基因解析方法

有效

• 申請號: 202011082262.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112595675B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 楊萬能;馮慧;宋京燕;李平波;何予卿;宋鵬;葉軍立;熊立仲;陳國興
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/78;G01N21/84;G01N31/00
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本發明公開了一種基于高光譜的米粒品質功能基因解析方法，包括：使用高光譜成像系統采集米粒圖像并進行圖像處理，獲取光譜指數；使用化學方法人工測定米粒的蛋白質含量和直鏈淀粉含量，作為人工測量值；光譜指數與人工測量值相關性分析與建模；光譜指數作為基于圖像信息的表型性狀進行全基因組關聯分析，獲取相關的候選基因；候選基因的功能驗證。米粒品質的傳統人工檢測為有損測量，該方法基于高光譜獲取米粒表型數據信息，結合光譜與圖像處理技術可實現米粒品質相關指標的無損檢測，提高檢測精度，同時提高GWAS分析結果的準確度。此外，該方法結合遺傳轉化對候選基因進行功能驗證，使驗證結果更具有說服力，可為水稻品質育種提供新材料。

技術領域

本發明屬于作物信息領域，結合光譜技術與圖像處理技術，涉及一種基于高光譜的米粒品質功能基因解析方法。

背景技術

水稻在我國播種面積大，2019年播種面積高達29690千公頃，僅次于播種面積最大的玉米，位于重要糧食作物之行列。近年來，糧食安全成為國家重點關注問題，而水稻的產量和品質與其密切相關。同時，隨著收入水平的提高以及日益增長的美好生活需要，人們對稻米品質的要求也日漸增高。在大米進入市場前進行品質檢測對保障消費者健康以及維護消費者權益具有重要意義。傳統人工檢測米粒品質的方法存在精度較低、耗時費力、缺乏客觀性、有損等問題，近年來，隨著光譜技術以及計算機技術等的發展，農作物品質無損檢測技術興起，提高了檢測的速度與精確度。以近紅外高光譜成像技術為例，其結合了光譜技術和成像技術，可同時獲取光譜與空間信息，直接識別化學成分及其分布，已廣泛應用于農產品品質相關指標的無損檢測。

田曉琳等(2018)通過3-D快速粘度測定儀測得小米粘度曲線，同時采集小米樣品的可見/近紅外反射光譜，使用多元散射校正以及一階導數法對采集的反射光譜進行預處理，通過PCA以及交叉驗證選定最佳主成分數，使用MATLAB 2015b建立最佳主成分數與粘度的多元線性回歸模型。結果發現此方法對峰值粘度與破損值預測效果較好，說明可見/近紅外反射光譜技術用于無損檢測小米粘度具有一定的可行性。

章林忠等(2019)使用近紅外成像光譜儀獲取908-1735nm范圍板栗果實的高光譜圖像，并采用蒽酮比色法測定板栗果實的總糖含量和淀粉含量；利用ENVI 4.7軟件進行濾波處理，獲取ROI；利用TQ Analyst 9.0軟件選取與總糖和淀粉含量高的特征波段，并在該軟件中進行MSC、SNV、SG卷積平滑處理、一階導數、二階導數等多種處理，隨后采用PLS法建立不同校正處理的特征光譜的混合指標預測模型，結果表明MSC+二階導數+SG卷積平滑處理的校正效果最佳，以該模型檢驗驗證集樣本數據發現，預測結果中總糖和淀粉的相關系數為0.9313～0.9580，均方誤差為0.0624～0.2250，預測精度高，說明采用近紅外高光譜成像技術可實現板栗果實總糖和淀粉含量的無損、快速且有效地檢測。

程麗娟等(2019)利用高光譜成像技術測定長棗中的葡萄糖含量，先獲取400-1000nm靈武長棗的光譜數據，利用ENVI 4.8軟件提取ROI，計算出平均光譜值作為反射光譜；采用HPLC測定長棗中的葡萄糖含量；采用The Unscrambler X 10.4軟件進行光譜預處理，包括OSC、MSC、SG、Detrending、GF和MF等6種預處理方法，使用MATLAB R2014a軟件進行PLSR建模選擇最優預處理方法為SG(7)；采用IRF、CARS、BiPLS、SPA、UVE法進行降維處理，提取特征波段，后基于PLSR、MLR建立全波段和特征波段的模型，結果表明最佳建模效果為PLSR-IRF+CARS，Re、Rp均大于0.83，可實現長棗葡萄糖含量的快速檢測。