[发明专利]基于近红外光谱技术的赤霉病麦粒快速鉴别方法

说明书

技术领域

本发明涉及小麦病害的检测方法，具体是一种小麦加工行业中低值小麦赤霉病麦粒的快速判别方法，是基于近红外光谱技术，运用化学计量学方法，确定敏感判别波段并最终判别赤霉病麦粒。 

背景技术

小麦赤霉病别名麦穗枯、烂麦头、红麦头，主要分布于世界温暖湿润和半湿润的温带和亚热带小麦种植区，在我国南方冬麦区经常流行为害，东北三江平原春麦区在多雨年份也易受到赤霉病大量侵染和蔓延。近年来随着品种的更换、氮肥的大量施用、灌区水浇地面积的扩大及全球气候变暖等因素的综合作用，小麦赤霉病为害地域有扩大趋势，并已成为江淮和黄淮冬麦区的常发病害。2003年是我国小麦赤霉病大爆发的一年，其病穗率达30%～60%，一般年份的病穗率也在10%左右。这样在收获的小麦粒中就会含有大量的赤霉病粒。而赤霉病粒中常含有镰刀菌产生的多种毒素代谢物，如单端孢霉烯族毒素(trichothecene)、玉米赤烯酮(Zearalenone，ZEA)、串珠镰刀菌素和伏马菌素(fumonisin)，还有一些倍半萜类化合物、丁烯酸内酯等。目前对小麦及其制品污染最严重的是单端孢霉烯族毒素中的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)。人畜摄取了被DON污染了的食物会出现厌食、恶心、呕吐等中毒症状。DON还可作用于T细胞、B细胞及IgA+细胞而产生免疫毒性；DON可使动物脑部神经递质发生改变，具有胚胎毒性和致畸作用，可抑制或增加细胞死亡，有明显的致突、致癌性；可作用于骨髓造血细胞，对血液及皮肤组织造成损害，抑制蛋白质的合成和DNA合成；对原核细胞和真核细胞均有明显的毒性作用；还可能与人类食管癌、IgA肾病和骨关节炎的发生有关。1985~1992年，河南、安徽等省份共发生DON毒素中毒15起，仅安徽一省，1991年就有13万人因食用霉变小麦而发生急性中毒。美国FDA及中国均规定小麦制品中DON限量标准为1000μg/kg。即小麦赤霉病病粒率若超过4%，人和牲畜食用后便容易造成中毒。所以，在小麦赤霉病田间管理的基础上，还应考虑已被镰刀菌污染的小麦籽粒的去向和处理工作。目前我国对小麦赤霉病粒处理方面的研究并非空白，根据赤霉病粒的特征常采用风除法和分离法将赤霉病粒剔除，但是风除法和分离法只是筛选出比重较轻的赤霉病粒，对于那些病害较轻、重量与健康籽粒相差无几的籽粒则无能为力。近红外光谱技术是近年来发展起来的一种新型、快速、无损检测技术，具有良好的定量定性功能，可以准确反映样品外在和内在组分信息，将其应用于赤霉病麦粒鉴别，不失为一种快速方便的新方法。 

发明内容

本发明着眼于我国小麦赤霉病粒分选技术的基础研究和探讨，提出近红外光谱技术在赤霉病麦粒分选中的使用，以期寻找出一种简便易行、选出率高的小麦赤霉病粒分选方法，降低麦粒含杂量，提高面粉质量，确保人畜安全，对我国的小麦赤霉病粒的分选做些基础工作。 

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提出的一种基于近红外光谱技术的赤霉病麦粒的快速鉴别方法，本发明以麦粒的客观检测数据近红外光谱为基础，首先确定出判别赤霉病粒的敏感波段；然后建立多籽粒和单籽粒赤霉病粒判别模型，最终实现赤霉病粒的快速鉴别。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种基于近红外光谱技术的赤霉病麦粒的快速鉴别方法，征集赤霉病小麦样品，近红外光谱仪采集小麦样品多籽粒和单籽粒光谱数据；光谱数据预处理后进行聚类分析，初步观察小麦样品分类情况；在预处理光谱数据的基础上确定出赤霉病粒判别敏感波段，以敏感波段为变量输入，建立多籽粒和单籽粒赤霉病粒判别模型，最终实现赤霉病粒的快速鉴别。

该鉴别方法的具体步骤如下： 

（1）样品预处理：征集患有赤霉病的麦粒，剔除麦粒中的石子、草籽、土块等杂质，自然晾晒至麦粒水分稳定在10%～13%，每个样品分拣出普通麦粒及赤霉病麦粒各一份或挑选普通麦粒单个籽粒及赤霉病单个籽粒100粒～200粒；

（2）近红外光谱数据采集：使用近红外光谱仪采集多籽粒或单籽粒光谱数据；所述近红外光谱仪波长范围：950nm～1650nm。

（3）光谱预处理：分别对光谱进行预处理，其预处理方法包括多元校正散射（MSC）、标准化（Normalize）、平滑、归一法、求导等，或不对光谱做任何处理，对预处理后的光谱矩阵聚类分析；然后进行建模，以所建模型的优劣选择最佳预处理方法； 

（4）聚类分析：为判别样本是否具有可分类性，对预处理后的近红外光谱数据集进行聚类分析，其方法包括WORD法、质心聚类、组间联接法、组内连接法；

（5）敏感波长优选