[发明专利]一种基于果径无损观测的番茄果实糖分高效预测改进方法

说明书

本申请提供了一种基于果径无损观测的番茄果实糖分高效预测改进方法：通过拍照获取的无损连续观测果径数据改进番茄果实糖模型输入，从而预测番茄果实糖分、淀粉动态累积过程。

技术领域

本发明属于番茄种植生产领域；特别地，本申请提供了一种基于果径无损观测的番茄果实糖分高效预测改进方法；具体说，一种通过拍照获取的无损连续观测果径数据改进番茄果实糖模型输入，从而预测番茄果实糖分、淀粉动态累积过程的改进方法。

背景技术

成熟番茄果实的干物质量约为5％，其中糖分占干物质的50％左右，果实含糖量是决定果实风味的重要指标。近些年，随着人们对果实品质的关注度越来越高，基于大量试验数据和模型研究，发展了描述番茄果实内糖分累积的机理模型，番茄果实糖模型(TOM-SUAGR)。该模型基于碳代谢平衡将果实内部的碳元素分为三部分，即可溶性糖、淀粉及结构性碳化合物，并采用碳转化系数表征三者之间的代谢转换过程。碳转化系数对相同的品种的番茄具有保守性，因此可以用来比较稳定地预测番茄果实可溶性糖和淀粉的动态累积过程。

TOM-SUAGR模型预测果实可溶性糖和淀粉含量需要输入果实重量以及重量增长速率的变化过程。传统获取果实重量及其增长速率的变化过程需要在果实生长发育过程中多次对果实重量进行破坏性。该方法不仅破坏果实，效率低，获取样本数量有限，而且无法连续的获得同一个果实的动态生长过程。TOM-SUGAR模型对果实发育初期重量非常敏感，但由于果实生长发育早期重量较小且个体差异较大，早期破坏采样测量误差往往会产生模拟异常值，造成较大模拟误差。因此，本研究考虑采用通过非破坏性连续拍照的方式连续获得的果径数据计算果实鲜重，代替传统的破坏取样离散测量的果实鲜重，用以获得平滑准确的果实生长过程，通过二次函数拟合果实干物质含量变化过程，从而计算果实干重随时间的变化过程。在此基础上用Compertz函数拟合果实重量增长曲线并计算果实重量增长速率，并输入到TOM-SUGAR模型中，从而提高番茄果实糖模型预测效果。

发明内容

一方面，本申请提供了一种基于果径无损观测的番茄果实糖分高效预测改进方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在不摘取番茄果实的情况下，每隔一定时间用数码相机定焦距拍摄果实清晰侧视图；

步骤2：用开源软件Image J分析番茄果实图片，获得果实直径；

步骤3：用二次函数拟合番茄果实干物质含量随发育时间的变化曲线，插值获得不同发育时间果实干物质含量；

步骤4：用步骤2获得的果实直径和步骤3获得的果实干物质含量计算果实重量，并采用Compertz函数对果实重量进行拟合，获得果实重量增长曲线和果实重量增长速率曲线；

步骤5：将步骤4拟合得到的果实重量增长曲线和果实重量增长速率代入番茄果实糖模型中，用以模拟果实可溶性糖和淀粉含量动态变化。

进一步地，步骤1中对标记的果实在果实生长发育早期每1-2天拍摄一次，之后每3-5天拍摄一次。

进一步地，步骤1包括在良好光线下固定焦距拍摄一段直尺的清晰照片，作为参照标尺，随后对番茄植株上标记的果实，在保持该焦距不变的情况下拍摄清晰的番茄果实侧视图。

进一步地，步骤2采用Image J软件，首先在对拍摄的直尺照片片进行分析，在软件参考标尺图片中选取直尺上L cm的长度，重复3-4次，记录该长度所对应的像素长度平均值p，得到图片单位像素对应的实际长度L/p；然后分析果实图片，选取果实横径和纵径距离，重复3-4次，分别记录横径和纵径的像素点长度平均值h和v，计算得到果实横径和纵径h×L/p和v×L/p；假设番茄果实为球体，番茄果实其果径取为横径和纵径的平均值。

进一步地，步骤3中用二次函数拟合番茄果实干物质含量随发育时间的变化趋势；通过在果实生长过程的早期、中期和后期分别测量三次果实干物质含量，并用一元二次函数拟合获得果实干物质含量随果实发育时间的变化曲线。