近紅外光譜技術(shù)測定粳稻品種的直鏈淀粉含量
直鏈淀粉含量是決定稻米品質(zhì)和口感的重要因素，也是培育優(yōu)質(zhì)食用稻米的重要指標(biāo)。早期低代快速無損預(yù)測和后期高代大批量、快速、精確測定直鏈淀粉含量是水稻育種中的重要工作，可以顯著提高育種工作效率。因傳統(tǒng)的直鏈淀粉含量測定采用碘比色法，其操作復(fù)雜、速度慢、藥品消耗量大，且樣品被粉碎，難以滿足育種的需要。
20世紀(jì)80年代以來，隨著近紅外光譜（NIRS）技術(shù)的迅速發(fā)展，有關(guān)學(xué)者將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，但多側(cè)重于理論和方法的探討。對較大批量樣本的粳稻稻谷、糙米、精米、糙米粉和精米粉等樣品進(jìn)行了近紅外光譜分析，所得結(jié)果既能滿足粳稻品種低代選擇小樣本、無損傷測定的需要，也能滿足高代大批量樣本的測定，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)果報道如下。
1試驗(yàn)材料和方法
1.1供試材料
供試材料為216份常規(guī)粳稻（含糯稻35份），樣品的含水率≤12.0%。光譜掃描前，將光譜儀室的溫度調(diào)節(jié)至25℃，樣品置于光譜儀室平衡一晝夜，確保樣品環(huán)境條件與近紅外儀一致。
1.2測試方法
1.2.1樣品直鏈淀粉含量的化學(xué)值測定
稱取0.1g左右的精米粉樣品，先加入加1mL95%酒精浸潤后再加9mL1mol/L的KOH溶液放入30e恒溫箱一晝夜后，用日本BRAN-LUEBBE公司生產(chǎn)的全自動直鏈淀粉分析儀測定（以稻米直鏈淀粉含量為“0”的糯稻品種“神樂糯”樣品和已知直鏈淀粉含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品而作出“標(biāo)準(zhǔn)曲線”）。
1.2.2樣品NIR光譜獲取
采用具有積分球、PbS檢測器、旋轉(zhuǎn)樣品池等裝置的德國BrukerFT-NIR近紅外光譜儀（Vector22/N-I），儀器由OPUS/IR掃描程序控制。
以鍍金的漫反射體作參比（每5個樣品掃描一次參比），樣品杯為帶石英窗的圓形小杯，直徑4.5cm，高5.0cm，每次裝樣量以石英窗不漏光為度。工作譜區(qū)選用3498.4~10001.6cm-1，分辨率采用8cm-1，每隔2nm采集反射強(qiáng)度，重復(fù)掃描64次，取平均值，貯存于1個計(jì)算機(jī)文件，形成一條反射光譜。每樣品重復(fù)裝樣掃描兩次，取平均值，計(jì)算機(jī)自動將反射光譜信息轉(zhuǎn)換成吸光度值貯存，然后在OPUS建模軟件上計(jì)算分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1.2.3建模
所有樣品的近紅外光譜采集后，用Bruker公司的OPUS定量分析軟件包分析。先預(yù)設(shè)譜區(qū)范圍3498.4~10001.6cm-1，再進(jìn)行光譜預(yù)處理比較。光譜預(yù)處理方法為：不處理、矢量歸一化、多元散射校正、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化、一階導(dǎo)數(shù)+多元散射校正等11種。并使用自動優(yōu)化功能對每組進(jìn)行優(yōu)化，選出最佳譜區(qū)、最佳預(yù)處理方法和最佳主成分維數(shù)。在自動優(yōu)化過程中，每一種預(yù)處理進(jìn)行31次譜區(qū)組合，通過內(nèi)部交叉證實(shí)給出交叉檢驗(yàn)均方誤差（RMSECV）和主成分維數(shù)，從中選擇最優(yōu)譜區(qū)、預(yù)處理方法和主成分維數(shù)，再進(jìn)行內(nèi)部交叉驗(yàn)證（步長為1）。通過比較預(yù)測值和化學(xué)值的符合程度（用決定系數(shù)R2和RMSECV表示）評價直鏈淀粉含量的數(shù)學(xué)模型預(yù)測效果。
采用偏最小二乘法（PLS）建立水稻直鏈淀粉含量數(shù)學(xué)模型，用內(nèi)部交叉證實(shí)法檢驗(yàn)定標(biāo)方程的預(yù)測效果，用已知化學(xué)值的10個樣品來檢驗(yàn)預(yù)測模型，最后得到最佳近紅外光譜預(yù)測模型。
3討論與結(jié)論
水稻生產(chǎn)在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位，隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對水稻的品質(zhì)提出了更高的要求。直鏈淀粉含量是影響稻米品質(zhì)的至關(guān)重要因素，在水稻育種中如何高效地進(jìn)行有目的的選擇，需借助于快速簡便的分析技術(shù)，本研究借助近紅外技術(shù)建立的回歸預(yù)測模型可以用作水稻直鏈淀粉含量的快速測定，為稻米直鏈淀粉含量的選擇性育種提供了技術(shù)支持。
對同一批樣品的稻谷、糙米、精米、糙米粉、精米粉建立了近紅外回歸預(yù)測模型，除了稻谷的預(yù)測模型校正決定系數(shù)明顯低于0.90外，糙米預(yù)測模型的校正決定系數(shù)為0.8864，交叉檢驗(yàn)均方誤差為2.56，因此也能滿足早代選擇既不損傷種子的生命力，又能快速測定的要求，具有一定的實(shí)用性。糙米粉、精米粉預(yù)測模型的校正決定系數(shù)均大于0.90，說明這兩種掃描樣品均可用于直鏈淀粉含量測定，由于這兩種方法都要損傷種子的生命力，因此可根據(jù)需要選擇應(yīng)用。
稻米直鏈淀粉含量的近紅外建模表明，樣品的均一性與否，對模型的精度影響較大。掃描的結(jié)果表明稻谷的掃描重復(fù)性較差，同一樣品光譜間的擬合度低，而精米粉的掃描重復(fù)性較好，重復(fù)掃描間高度擬合。
直鏈淀粉含量的近紅外分析結(jié)果與化學(xué)值有高度的相關(guān)性，但由于粳稻品種資源在低直鏈淀粉區(qū)域品種較少，所以建模樣品中直鏈淀粉含量在3.0%~17.0%之間的品種較少，這對進(jìn)一步提高模型的精度有一定的影響。進(jìn)一步收集此類指標(biāo)的樣品，可以提高模型的精度和預(yù)測的正確性。
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