[发明专利]一种基于高光谱技术鉴定木霉菌的方法

说明书

本发明公开了一种基于高光谱技术鉴定木霉菌的方法，首先准备木霉样本，用高光谱扫描仪获取样本的原始高光谱三维图像，对原始高光谱三维图像进行校正和背景删除后对高光谱图像中每个像素点一定波长范围内的近红外光谱采用小波变换进行去噪预处理后，提取样本近红外图像的平均光谱数据，接着对光谱数据平均值采用二阶导数选取特征波长，然后再基于特征波长对应的光谱数据建立PLS‑DA模型，PLS‑DA模型采用全交互验证进行参数寻优，最后利用模型对样本的预测集进行判别，实验证明利用本发明的方法建立的模型可以有效地对木霉菌进行鉴定分类。

技术领域

本发明涉及微生物快速鉴定领域，具体涉及一种基于高光谱技术鉴定木霉菌的方法。

背景技术

在自然界中，木霉菌是一种重要的生防真菌，广泛分布在农业土壤、森林等环境中。木霉菌作为植物病害的重要生防因子，在国内外植物病害的生物防治中具有重要地位，并已作为商品化制剂(如生物化肥、生物农药、植物生长促生制剂等)在多个国家推广和使用，取得了良好的生防、促生效果。因此，对木霉菌的鉴定是木霉资源的挖掘和利用的技术保障和基础。

1794年，Persoon首次发现木霉属。1871年，Harz提出对木霉属进行界定，提出木霉菌的表观形态特征是分类学的重要依据。随着分子生物学的兴起，木霉菌的分类鉴定工作逐步深入发展。90年代末期，各种分子生物学方法如限制性片段长度多态性(RestrictionFragment Length Polymorphism,RFLP)分析技术、随机扩增多态性DNA技术(RandomAmplified Polymorphic DNA,RAPD)以及序列分析(如ITS序列、28S rDNA上的D1和D2区间序列、线粒体rDNA上的小亚基序列等)等技术，开始应用于木霉属的分类鉴定方面。

传统的木霉菌鉴定方法是依据其形态特征，而木霉菌的形态特征可变性较强，依赖于鉴定人的经验，鉴定结果难免有失偏颇。另一方面，利用分子生物学手段鉴定木霉菌，虽然特异性好、灵敏度高，但是需要专业人员完成，操作繁复，耗时长，成本高，难在普通实验室条件下推广应用，而且不适用于大批量的木霉菌资源的鉴定。因此，发展客观稳定的鉴定手段日益迫切。

高光谱技术将二维图像技术与光谱技术有机结合在一起，作为一种快速的、无损检测方式在微生物检测领域得到了广泛应用。中国专利CN101556242A公布了用傅立叶红外光谱鉴定鉴定微生物的方法，包括：a)培养对照微生物；b)采集对照微生物的红外图谱；c)在3000-2800cm-1和1800至700cm-1区间内的一个或多个谱段建立微生物鉴别模型；d)在与步骤a)中相同的条件下培养待测微生物；e)在与步骤b)中相同的条件下采集待测微生物的红外图谱；f)将步骤e)中获得的红外图谱代入微生物鉴别模型中确定待测微生物的归属。该方法利用傅立叶红外光谱建立鉴定模型并使用该模型鉴定中草药中的6种细菌。

发明内容

为克服现有检测木霉菌方法准确率低、操作繁复、耗时长、成本高的不足，本发明提出一种基于高光谱技术鉴定木霉菌的方法，能快速准确的对木霉菌进行鉴定。

一种基于高光谱技术鉴定木霉菌的方法，包括如下步骤：

(1)准备测试样本，每种木霉样本以2:1的比例随机划分为建模集S1和测试集S2；

(2)用高光谱扫描仪获得放置在平台上的不同木霉样本中每个像素点在各个波长下的图像信息，得到木霉样本的原始高光谱三维图像；

(3)对获得的木霉样本的原始高光谱三维图像进行校正和背景删除；

(4)对高光谱图像中每个像素点一定波长范围内的近红外光谱采用小波变换进行去噪预处理后，提取木霉样本近红外图像的平均光谱数据，记为X1，将对应近红外光谱的木霉种类记为Y1；

(5)对经过小波变换预处理后的近红外光谱数据X1进行特征波长选择，记特征波长为X2；