近紅外光譜技術(shù)在玉米種子質(zhì)量檢驗(yàn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

呂巨智 石達(dá)金 唐國(guó)榮 覃永嬡 李發(fā)橋 鐘昌松 鄧錫肖

摘? ?要：玉米是世界上最重要的糧食作物之一，其種子質(zhì)量的好壞直接影響糧食的產(chǎn)量，與食品生產(chǎn)安全息息相關(guān)，種子作為生產(chǎn)源頭牽動(dòng)著整個(gè)玉米產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。種子的質(zhì)量還影響農(nóng)作物的生存能力，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料重要的組成部分。種子作為各種技術(shù)的關(guān)鍵載體，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的種子對(duì)于提高食品安全和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有著重要意義。隨著農(nóng)作物種子檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量得到有效提高。尤其是將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用在玉米種子檢測(cè)中，使玉米種子檢測(cè)質(zhì)量與效果得到明顯提高，為農(nóng)戶育種、種植及營(yíng)銷(xiāo)節(jié)省了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。首先介紹了近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原理，之后分析了近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后探討了近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜技術(shù);玉米種子;質(zhì)量檢驗(yàn);應(yīng)用;研究進(jìn)展

玉米是老百姓餐桌上常見(jiàn)的食物，也是動(dòng)物飼料及釀酒的重要原料。玉米富含人體所需的多種營(yíng)養(yǎng)素，其中維生素B1、B2、B6，胡蘿卜素和膳食纖維的含量要高于稻米與小麥，是我國(guó)最重要的糧食作物之一。提高玉米產(chǎn)量與質(zhì)量，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。隨著生活質(zhì)量的不斷提升，人們對(duì)食品的安全性要求也不斷提升，所以玉米種子的鑒定工作顯得尤為重要，加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品種子檢測(cè)工作的更新和完善勢(shì)在必行。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)借助其無(wú)破壞性、測(cè)量速度快、檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差小等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為玉米種子品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近紅外光是一種波長(zhǎng)介于紅外光和可見(jiàn)光之間的電磁波，通過(guò)對(duì)其分子振動(dòng)光譜的分析，可以獲取檢測(cè)樣本中組成成分的詳細(xì)信息[1]。并且近紅外光譜分析技術(shù)準(zhǔn)確性高、成本低、綠色環(huán)保，因此在農(nóng)產(chǎn)品種子檢測(cè)工作中的應(yīng)用效果顯著，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)階段玉米種子安全檢測(cè)的重要手段。

1? ?近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原理

隨著近紅外光譜技術(shù)不斷被相關(guān)專家重視，近紅外光譜分析技術(shù)得到快速發(fā)展。近紅外光是一種介于紅光和可見(jiàn)光之間的電磁波，近紅外光譜是一種分子振動(dòng)由基態(tài)向高態(tài)躍遷產(chǎn)生的分子振動(dòng)光譜。近紅外光譜具有較強(qiáng)的穿透力，并且吸收系數(shù)較低，用其圖像處理技術(shù)先得到玉米種子的輪廓，再利用近紅外光譜分析技術(shù)分析波譜信息，對(duì)玉米種子進(jìn)行識(shí)別分析，得到了很高的識(shí)別精度，最后建立近紅外光譜識(shí)別模型數(shù)據(jù)庫(kù)，這種檢測(cè)辦法成本低、效果好，大幅度提高了玉米種子檢測(cè)工作效率。通過(guò)近紅外光譜分析技術(shù)，還可以獲取玉米種子的諸多信息，掌握檢測(cè)樣品的特點(diǎn)和相關(guān)成分的具體參數(shù)，因此，近紅外光譜技術(shù)是玉米種子檢測(cè)中一項(xiàng)十分重要的技術(shù)。

2? ?近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1? ?近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1? ?具有良好的傳輸性能

在實(shí)際應(yīng)用中，近紅外光譜分析技術(shù)具有較強(qiáng)的穿透力和良好的傳輸性能，所以其具有較高的傳輸速度和很強(qiáng)的實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)多種通道的檢測(cè)，并且可以在容器內(nèi)完成較為理想的遠(yuǎn)程分析操作，促進(jìn)了近紅外光譜分析速度的提升和作用范圍的拓展。

2.1.2? ?檢測(cè)方式無(wú)損，節(jié)約檢測(cè)成本

近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)玉米種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部組成均不會(huì)造成任何損傷，更不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生影響和污染，很好地保證了玉米種子檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和有效性。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)即使應(yīng)用于活體檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)其造成任何損傷。因此，其在玉米檢測(cè)方面的應(yīng)用，不僅提升了種子檢測(cè)的質(zhì)量，同時(shí)由于是無(wú)損檢測(cè)，也為農(nóng)戶節(jié)約了檢測(cè)成本，在保護(hù)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還具有良好的環(huán)境效益。

2.1.3? ?分析速度較快

玉米種子檢測(cè)中運(yùn)用近紅外光譜分析技術(shù)，省去了對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行預(yù)處理的步驟，檢測(cè)過(guò)程中還可以一次對(duì)多組樣品同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)論是在定量分析還是定性分析中，都大大縮短了測(cè)量時(shí)間，提高了種子檢測(cè)的分析速度。同時(shí)，由于大部分種子的組成物質(zhì)在近紅外光區(qū)域的吸收系數(shù)普遍較小，近紅外光譜分析技術(shù)的分析過(guò)程較為簡(jiǎn)單，避免了繁雜的計(jì)算步驟，相應(yīng)地其分析速度更快，從而提高了種子參數(shù)的分析速度，是近紅外光譜分析技術(shù)在種子檢測(cè)中較為突出的特點(diǎn)。

2.1.4? ?適應(yīng)性較強(qiáng)

首先，與傳統(tǒng)的種子檢測(cè)技術(shù)相比，近紅外光譜分析技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性，主要表現(xiàn)為不論被檢測(cè)樣本是固態(tài)還是半固態(tài)，近紅外光譜分析技術(shù)都可以對(duì)其進(jìn)行完整準(zhǔn)確的成分檢測(cè)分析，明顯提高了種子的檢測(cè)效率和生產(chǎn)效率。其次，近紅外光譜分析技術(shù)在定性分析與定量分析中均能夠良好地發(fā)揮其作用效果，具有更強(qiáng)的協(xié)同性，其檢測(cè)信息更為豐富、全面，在確保種子檢測(cè)結(jié)果方面具有更強(qiáng)的可靠性，因此，在種子檢測(cè)中的適用性較強(qiáng)。

2.2? ?近紅外光譜分析技術(shù)的缺點(diǎn)

雖然近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測(cè)中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，并且也逐漸得到廣泛的應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在些許問(wèn)題，例如，雖然近紅外光譜技術(shù)可以對(duì)各種形態(tài)的種子樣本進(jìn)行完整的成分檢測(cè)，但是檢測(cè)前缺少對(duì)種子樣本檢測(cè)方式和形態(tài)等因素的處理，勢(shì)必會(huì)對(duì)樣本檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，如果一種基團(tuán)吸收了近紅外光譜中的多個(gè)波長(zhǎng)，那么多組分樣品的檢測(cè)結(jié)果中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)波長(zhǎng)處出現(xiàn)多個(gè)譜峰值重疊的情況，進(jìn)而影響種子檢測(cè)的結(jié)果。

3? ?近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1? ?玉米種子定性分析

近幾年，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，玉米種子的生產(chǎn)逐漸進(jìn)入自動(dòng)化階段，各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差都有可能影響玉米生產(chǎn)的最終結(jié)果。近紅外光譜分析技術(shù)憑借其更快的分析速度和識(shí)別能力，利用DA7200型近紅外光譜儀，采用近紅外反射光譜法（NIRS）測(cè)定玉米籽粒光譜值，采用偏最小二乘（PLS）回歸法建立玉米籽粒粗蛋白定標(biāo)模型，利用所建的近紅外模型測(cè)定玉米籽粒粗蛋白含量是可行的[2]，該模型的建立可實(shí)現(xiàn)玉米品質(zhì)育種過(guò)程中早代材料的快速、無(wú)破壞、大批量檢測(cè)，提高了育種效率，因此近紅外光譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用與我國(guó)種子檢測(cè)工作，為我國(guó)種子檢測(cè)行業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。

3.2? ?玉米種子顆粒分布檢測(cè)

近紅外光譜技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在玉米種子檢測(cè)環(huán)節(jié)發(fā)揮了很重要的作用，其可檢測(cè)玉米種子顆粒分布情況，根據(jù)分析數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)多種氨基酸并且操作簡(jiǎn)單、不易出現(xiàn)失誤。

3.3? ?在玉米種子在線檢測(cè)及質(zhì)量控制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的食品檢測(cè)中，僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)玉米種子外觀和性狀的檢測(cè)已經(jīng)不能準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)工作。近紅外光譜分析技術(shù)逐漸成為玉米種子檢測(cè)工作中的主力軍，主要表現(xiàn)在可以通過(guò)分析近紅外光譜圖的峰位、峰強(qiáng)等數(shù)值，對(duì)外觀和性狀相近的種子進(jìn)一步進(jìn)行成分檢測(cè);基于水分子在近紅外光區(qū)域倍頻、合頻吸收比與其他成分不同的原理，可檢測(cè)樣品中水分含量的差異等[3-4]。

4? ?結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、電子化的迅速發(fā)展，種子檢測(cè)工作的重要性逐漸顯現(xiàn)。近紅外光譜分析技術(shù)具有良好的傳輸性能、檢測(cè)方式對(duì)樣本不會(huì)造成損害、分析速度更快、適應(yīng)性更強(qiáng)等特點(diǎn)，可以很好地節(jié)約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)成本，具有良好的環(huán)境效益。因此，近紅外光譜分析技術(shù)在種子檢測(cè)中的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)高速發(fā)展的必然選擇。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 林姿伸，江青艷.對(duì)近紅外技術(shù)檢測(cè)玉米養(yǎng)分含量的模型

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[ 2 ] 于翠紅，樊翠芹，張麗，等.玉米籽粒粗蛋白近紅外模型的

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[ 3 ] 蔡月芹，趙文杰，王雪.基于近紅外光譜技術(shù)的玉米品種

鑒別方法研究[J].江蘇科技信息，2019，36（21）：36-38，57.

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基金項(xiàng)目：廣西科技重大專項(xiàng)——水稻、玉米種子生理質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究（桂科AA17204050-5）。