[發明專利]基于近紅外光譜的單籽粒水稻品種真實性判別方法及裝置

有效

• 申請號: 202110087463.6
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112924412B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 徐琢頻;應敏杰;王琦;王敏欣;張鵬飛;吳躍進;馬洪娟;劉斌美;常冬;范爽;程維民
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;中化現代農業有限公司
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3563;G01N21/59;G06V10/77;G06V10/764;G06N3/04
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了基于近紅外光譜的單籽粒水稻品種真實性判別方法及裝置，所述方法包括：收集若干和目標水稻品種遺傳背景一致的水稻籽粒并賦予第一分類標簽，收集若干和目標水稻品種遺傳背景不同的水稻籽粒并賦予第二分類標簽，將收集的所有的水稻籽粒作為校正集，并將每個水稻籽粒對應的分類標簽按順序組成類別信息矩陣；采集校正集的水稻籽粒的近紅外光譜；利用譜回歸算法對全部的近紅外光譜進行降維提取，將降維提取后的光譜輸入自注意力網絡的輸入層從而構建單籽粒水稻近紅外品種判別模型；通過單籽粒水稻近紅外品種判別模型預測未知單籽粒水稻的品種真實性；本發明的優點在于：使模型接近全局最優，從而提高結果的準確性。

技術領域

本發明涉及農作物品種真實性檢測領域，更具體涉及基于近紅外光譜的單籽粒水稻品種真實性判別方法及裝置。

背景技術

水稻是我國重要的糧食作物之一，也是世界一半人口的主糧。我國水稻種植面積約占世界的20％，總產居世界第一。我國也是最早在生產上成功利用水稻雜種優勢的國家，目前雜交水稻產量占國內水稻總產量的一半以上。因此，水稻的產量和質量對中國和全世界具有重要的意義。培育和生產更高產優質的水稻新品種、加工生產更高品質的大米是水稻育種行業、糧食生產加工行業的長期目標。品種的真實性是保障水稻產量和質量的關鍵。水稻的品種真實性越高，越有助于發揮該品種的優良遺傳特性、確保所種植出來的水稻子代或者所加工出的大米的性狀符合生產者的要求。目前我國水稻品種有上萬種，然而具有特定優良性狀的品種(例如，米質符合國標三級以上的水稻品種、低糖、低蛋白水稻品種等)較少。為牟取不法利益，市場上以次等品種冒充好品種、摻雜使假的現象層出不窮，對我國種業和糧食安全構成損害。此外，雜交水稻種子在種植、收獲等環節也容易發生的和親本、或者和其他品種水稻的混雜現象，使得種子純度下降，給相關制種農戶和種子企業利益帶來損害。解決上述問題的關鍵在于開發準確快速的水稻品種真實性檢測方法，確保能夠及時有效地檢測甚至篩選出不符合要求的品種。

傳統的水稻種子真實性檢測方法有形態鑒定法、化學鑒定法、幼苗鑒定法、田間鑒定法、蛋白質電泳以及DNA分子標記技術。其中，形態、化學和幼苗鑒定法只能檢測差異顯著的少數品種，且準確性不高、結果主觀性強；田間鑒定法是公認較為可靠的鑒定方法，但檢測周期長、操作繁瑣、耗時耗力、受季節影響大；蛋白質和DNA分子技術結果較為準確、重復性好，但成本較高、消耗試劑，且需要專業人員操作。此外，上述方法除形態鑒定法以外均存在破壞種子的缺點，導致被檢測的種子無法繼續使用，同時檢測結果不能夠實時獲取，檢測具備不同程度的滯后性。因此，為保障種業和糧食安全、研究新的快速、準確、無損水稻籽粒品種真實性檢測技術十分必要。

近紅外光譜反映了被測物有機分子的組成和分布，是一種快速、無損的分析技術，有望滿足相關行業快速檢測水稻籽粒品種真實性的需求。水稻的主要成分為淀粉、蛋白、脂肪等物質，其品種間的差異也主要表現在上述成分的分布和含量的差異，這些都是近紅外可檢測的對象，已經有大量對單粒水稻上述成分的近紅外檢測的研究被成功報道。而對更進一步的品種真實性的近紅外檢測上，前人也進行了一定的探索。彭麗君等在學位論文《水稻種子鑒別的近紅外光譜快速無損分析》中開發了一種新算法：雙相關系數法(BiCC)，并將該算法與移動窗口(MW)、判別式偏最小二乘法(DPLS)等算法結合實現了群體水稻的近紅外品種判別；李曉麗等在《基于可見/近紅外光譜的水稻品種快速鑒別研究》一文中使用近紅外結合BP神經網絡對5個水稻品種的群體樣本進行區分，取得了較好效果；徐琢頻等在《基于DPLS-CSM優化的NIRS雜交水稻種子真偽快速無損鑒定》一文中，使用近紅外結合判別式偏最小二乘分類篩選法(DPLS-CSM)，實現了雜交水稻品種“新兩優6號”和其它三種來源(包括父本“9311”、母本“新安s”，以及其他遺傳背景的雜種子的混合群體)的水稻籽粒的區分；梁劍在《基于水稻種子近紅外特征光譜的品種鑒別方法研究》一文中采用近紅外結合聚類分析法對雜交水稻F1代種子“03S/0412”和其父本種子“0412”進行了成功區分。上述文獻表明基于近紅外的水稻品種的真實性判別是具有可行性的。