高光谱成像技术的柚类品种鉴别研究

柚类种质和品种资源繁多,现有的柚类品种鉴别方法检测时间长,费用高。旨在利用高光谱成像技术探索主要柚类品种快速识别的可行性。试验选用4个具有代表性的柚类品种,利用高光谱成像技术,采集240个叶片样本(60个/品种)上表面和下表面的高光谱图像。高光谱图像标定后,提取样本感兴趣区域平均光谱信息作为样本的光谱进行分析。利用Kennard-Stone法将样本划分为校正集(192个)和验证集(48个)。采用多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)对原始光谱曲线进行预处理后,分别采用主成分分析 (PCA)和连续投影算法 (SPA )提取最佳主成分和有效波长,并将其作为最小二乘支持向量机(LS-SVM)的输入变量,建立基于叶片上表面和下表面光谱信息的PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM 模型。结果显示,基于叶片上表面光谱信息建立的PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM 模型对建模集样本的识别正确率分别为99.46%和98.44%,对预测集样本的识别正确率均为95.83%。基于叶片下表面光谱信息建立的PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM模型对建模集样本和预测集样本的识别正确率皆为100%。表明,利用高光谱成像技术结合PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM可实现柚类品种的快速鉴别,叶片下表面光谱信息鉴别效果优于叶片上表面。该研究为柚类的品种快速鉴别提供了一种新方法。     

FTIR研究南方锈病侵染对玉米叶片中蛋白质和碳水化合物的影响

为深入研究南方锈病侵染玉米叶片时叶片的生化指标变化,使用傅里叶变换红外光谱仪分别获取感染和未感染玉米叶片的光谱,选用光谱中的特征区和指纹区吸收带分析玉米叶片中蛋白质和碳水化合物的变化情况.玉米叶片被感染后,其光谱的酰胺带发生变化,碳水化合物的主要吸收带变化不明显.通过对波数范围在1 800~1 480内的吸收带进行曲线拟合分析,发现感染后的叶片中折叠和螺旋结构在蛋白质二级结构中的含量比例降低;感染前期蛋白质二级结构中转角结构含量比例增大;感染后期玉米叶片中蛋白质二级结构的自由卷曲结构含量比例急剧增大,该结构在感染前期和健康叶片中均未出现.研究表明傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用于探索玉米叶片被南方锈病侵染时所含化学物质的变化,为玉米抗病性研究提供重要依据.     

药用真菌马勃孢子的傅里叶变换红外光谱鉴别

为了鉴别形态相似的药用真菌紫色马勃、大马勃和脱皮马勃,利用傅里叶变换红外光谱仪获取它们的光谱信息,从光谱分析的角度对它们进行深入研究。三种马勃的光谱呈现出蛋白质、多糖类物质、酯类物质等的特征吸收峰,但在吸收峰的相对强度和峰形上存在差异。通过傅里叶自去卷积、四阶导数法和曲线拟合分析技术相结合,对指纹区叠加带1200~890cm~(-1)范围的光谱进行剥离,挖掘出被叠加而掩盖的吸收子峰信息。剥离结果显示它们的多糖结构存在明显差异,在1072cm~(-1)和1040cm~(-1)附近的多糖类物质C-O键和C-C键的吸收子峰上,紫色马勃、大马勃与脱皮马勃差别较大。紫色马勃的光谱在943cm~(-1)、892cm~(-1)的吸收子峰表明其含有β-型糖苷键,脱皮马勃在920cm~(-1)的吸收子峰表明其含有α-型糖苷键。研究表明傅里叶变换红外光谱能够提供药用真菌马勃的分子结构信息,为三种真菌马勃的入药提供一种光谱鉴别技术手段。     

FTIR光谱结合系统聚类分析的甜橙树苗鉴别研究

利用傅里叶变换红外光谱技术研究了7个不同甜橙树苗春梢叶片样品的红外光谱特征,结果表明,7个甜橙品种叶片样品的傅里叶变换红外光谱主要由纤维素和多糖的吸收带组成,其特征吸收峰频率位置基本一致,但在峰形、峰相对吸收强度上存在一定差异,尤其在1500～700 cm-1范围内的差异较为明显.通过对1500～700 cm-1范围内的二阶导数光谱进行系统聚类分析,结果显示系统聚类分析能把不同甜橙品种按亲缘关系远近进行聚类,实现对甜橙品种的快速鉴别与分类.因此,利用傅里叶变换红外光谱技术结合系统聚类分析对柑橘品种快速鉴别与分类具有一定的可行性,可作为甜橙苗早期品种鉴别的一种扩展手段.     

三峡库区柑桔园紫色土光谱特征及其与氮素相关性研究

应用可见光-近红外光谱技术研究了三峡库区柑桔园紫色土的光谱特征及其与土壤氮素营养含量的相关性。结果表明,三峡库区柑桔园土壤光谱反射率在可见光区域随波长增加呈直线上升,在近红外短波区域(780～1 750 nm)基本趋于平稳,波动较小,而在近红外长波区域(1 750～2 400 nm)上波动性和反射率均较大,并且在近红外长波段区域的1 416,1 913,2 209 nm处出现了强的吸收峰。土壤有效氮、全氮含量均与光谱反射率呈正相关,与倒数对数光谱成负相关。在可见光541 nm处,土壤有效氮含量与反射光谱一阶导数微分值达最大正相关,相关系数为0.605**,二者响应的最佳拟合方程为y=2E+09x2-3E+06x+890.49(R2=0.5,x为反射光谱一阶导数值)。在近红外长波段1 909 nm处,土壤全氮含量与反射光谱的倒数对数值的相关性最好,相关系数为-0.612**,二者响应的最佳拟合模型为y=1.372 12-2.107 5x+0.859 2(R2=0.4,x为反射光谱倒数对数值)。     

FTIR结合曲线拟合分析用于普洱熟茶陈化过程的研究

为了研究陈化时间对普洱熟茶所含化学成分的影响,分析了同一品种普洱熟茶在不同陈化时间的傅里叶变换红外光谱,光谱初步显示不同陈化时间的普洱熟茶的化学成分存在差异。茶叶是一个复杂的体系,其红外光谱由所含成分的特征吸收带叠加而成。为了深入探索发生变化的特征带,对光谱中的1 900～900 cm-1吸收带进行傅里叶自去卷积,确定该范围内叠加子峰的个数和预估波数位置,然后进行曲线拟合分析。通过曲线拟合分析确定不同陈化时间普洱熟茶红外光谱中的蛋白质、茶多酚、果胶和多聚糖的子峰位置。蛋白质的特征吸收酰胺Ⅱ带子峰出现在1 520 cm-1,茶多酚和果胶吸收子峰分别出现在1 278和1 103 cm-1,葡甘露聚糖和阿拉伯聚糖的吸收子峰波数是1 063和1 037 cm-1,分别利用这些子峰面积和叠加带面积的比例间接反映蛋白质、茶多酚、果胶和多聚糖的含量在陈化过程中的变化情况。曲线拟合结果显示,随着陈化时间的增加,茶叶中的酰胺Ⅱ带子峰面积比例先增大后减小,同时茶多酚和果胶类物质含量比例减少,可溶性多聚糖类物质含量比例增加。这解释了普洱熟茶随着陈化时间增加其苦涩味减弱,口感上出现甜味的原因。研究表明傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析能反映普洱熟茶陈化过程中化学成分的变化,为其品质的评定提供有效依据。     

高光谱图像信息的柑橘叶片光合色素含量分析技术研究

暗箱环境下采集柑橘叶片高光谱图像,采用阈值法提取整叶有效光谱信息区域的平均光谱,比对分析了柑橘叶片光谱信息不同预处理方法和光谱PLS、BPNN和LS-SVM预测模型对叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素等光合色素含量的预测精度。结果显示,采用MSC对原始光谱进行预处理和LS-SVM建模对叶绿素a含量的预测效果较好,Rp达0.898 3,RMSEP为0.140 4;采用SNV光谱预处理和LS-SVM模型对叶绿素b含量的预测其Rp为0.912 3,RMSEP为0.042 6;采用MAS预处理和PLS模型对于类胡萝卜素含量预测的Rp和RMSEP分别为0.712 8和0.062 4。结果表明:采用高光谱图像信息可较好地进行柑橘叶片叶绿素a,叶绿素b和类胡萝卜素等光合色素含量的预测,为进一步研究柑橘叶片光合色素含量与组分构成的非损伤实时检测提供了依据。     

与哈姆林甜橙果实内在品质主要参数同步相关的特征光谱研究

基于光谱分析的甜橙内在品质检测技术近年得到较快发展,但目前采用的大多为单一品质指标的光谱分析,而甜橙果实品质往往取决于果实多项品质指标的共同作用。本研究的目的在于研究甜橙果实反射光谱与果实内在品质的相关性,筛选与哈姆林甜橙果实多个品质指标同步相关的特征光谱,为建立甜橙果实在内品质的实时检测技术提供依据。以哈姆林甜橙(Citrus sinensis (L) cv. Hamlin sweet orange)成熟果实为试材,逐个果实进行果实反射光谱和果实可溶性固形物(TSS)、柠檬酸、维生素C(Vc)含量和固酸比等在内品质主要参数的分析,对所获数据采用Excel,Spss Statg和View SpecPro软件进行统计与分析。结果表明,哈姆林甜橙果实TSS、固酸比和Vc均与波长988 nm近红外光反射光谱呈极显著或显著正相关,相关系数分别为0.387**,0.440**和0.309*,TSS和固酸比与该波长反射率的最佳拟合方程分别为y＝13.957x+5.405和y＝75.120x+37.256;可见光429 nm光谱二阶导数与TSS和Vc呈显著和极显著正相关,相关系数分别为0.350 72*和0.386 9**。波长944 nm近红外光谱倒数对数与固酸比呈显著正相关(r＝0.304*)。试验结果为柑桔果实内在品质主要参数的同步、快速无损检测奠定了基础。