一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法技术

本发明专利技术属于农产品质量检测技术领域，具体涉及一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法。本发明专利技术所述快速鉴定马铃薯环腐病的方法，由于马铃薯受病害胁迫后会发生一些生理变化，这些变化会在近红外区有显著的体现，因此，可采用近红外光谱技术对马铃薯是否感染环腐病进行早期判定，实现了马铃薯环腐病的快速鉴别，具有快速、高效、绿色环保等优点，同时，该方法可有效降低模型构建成本，提高模型检测效率。

A rapid identification method for potato ring rot based on near infrared spectroscopy

The invention belongs to the field of agricultural product quality detection technology, in particular to a method for quickly identifying potato ring rot based on near infrared spectroscopy technology. The method of rapid identification of Potato Ring Rot in the present invention has some physiological changes due to the disease stress of the potato. These changes will be evident in the near infrared region. Therefore, near infrared spectroscopy can be used to determine whether the potato is infected with ring rot early, and the rapid Potato Rot Disease can be realized. Fast identification is fast, efficient, green and environmental friendly. At the same time, this method can effectively reduce the cost of model building and improve the efficiency of model checking.

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法
本专利技术属于农产品质量检测
，具体涉及一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法。
技术介绍
马铃薯，别称土豆、地蛋、洋芋等，茄科茄属，一年生草本植物，高15-80厘米，无毛或被疏柔毛。马铃薯富含多种营养物质，能够提供人类所需的碳水化合物、蛋白质、矿物质和维生素等营养成分，素有“地下苹果”和“第二面包”之称；马铃薯是块茎繁殖，可入药，其性平味甘，可以治胃痛、痄肋、痈肿等疾病。马铃薯营养价值高、适应力强、产量大，是中国五大主食之一，也是仅次于水稻、小麦和玉米的世界第四大粮食作物。马铃薯兼具粮菜、饲用、轻工业原料等多种用途，受到人们的广泛青睐。近年来，随着食品结构的调整，马铃薯产品逐渐多样化，而新兴的马铃薯产品开发更带动了马铃薯深加工技术的发展，推动了马铃薯农产品的大力发展。但随之而来的，马铃薯的品质保障问题也突显出来。众所周知，马铃薯属于季节型产品，其收获时间相对集中且周期较短，需要在很短的时间内对其进行深加工处理，否则会导致食用较为困难。因此，如何对马铃薯进行合理的贮藏保鲜就十分必要。我国虽是世界第一大马铃薯生产国，但种薯质量控制体系还存在很多不足，尤其是马铃薯在贮藏过程中极易受多种病害侵染，如环腐病、干腐病、软腐病、晚疫病等。马铃薯环腐病，俗称转圈烂、黄眼圈，是一种细菌性维管束病害，其症状特点是病株地上部分发生萎焉和地下块茎维管束呈环状腐烂，在马铃薯生长期和贮藏期均能发生危害。环腐病主要的侵染来源为带菌种薯，如果采用切块播种时，切刀传病是扩大再侵染的主要途径。种薯一旦受到环腐病侵染后，就会引起退化，播种后会发病造成种薯和芽苗腐烂，使田间缺苗断垄；成株期发病使病株萎蔫死亡或矮小黄化，产量大减；贮藏期发病使块茎继续腐烂，严重时甚至造成烂窖，从而严重制约了马铃薯生产水平的提高。因此，若能在病害未出现明显特征时，就可检测到种薯感染环腐病的潜在危害，是控制病害蔓延、减少损失、保障马铃薯种薯品质的有效手段。但现有技术中，尚且没有适宜的技术对尚未出现染病特征的马铃薯是否感染环腐病进行快速的检测及鉴定。近红外光谱分析技术是一种可利用有机化学物质在近红外光谱区的光学特性快速估测样本信息变化特征的方法，并具有快速、方便、准确的优点。因此，借助于近红外光谱分析技术对马铃薯是否感染环腐病进行检测及鉴别，不仅为马铃薯病害的早期鉴别提供一种新的方法和思路，进而为马铃薯产业高效、高质的发展奠定了基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法，以解决现有技术中马铃薯环腐病难于早期检测鉴别的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所述的近红外光谱技术在快速鉴别马铃薯环腐病方法中的应用。本专利技术还公开了一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法，包括如下步骤：(1)收集健康马铃薯及染病马铃薯样本，分别设其标签为0和1；并分别将健康马铃薯及染病马铃薯样本分为定标集和验证集，并分别采集各健康马铃薯及染病马铃薯样本的近红外光谱信号，获得定标集光谱信号和验证集光谱信号；(2)对采集的健康马铃薯及染病马铃薯样本的近红外光谱信号进行预处理；(3)以经过预处理的数据为输入，建立偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)模型，并对所构建的判别分析模型进行评价；(4)在与步骤(1)相同的采集条件下，采集待测马铃薯样本的近红外光谱信息，并输入至步骤(3)中建立的所述判别分析模型中进行判别分析，以快速鉴定待测马铃薯样本是否感染环腐病。所述步骤(1)中，所述步骤(1)中，所述近红外光谱采集范围为12000-4000cm-1，其分辨率为4或8cm-1，扫描次数为32或64次。所述步骤(1)中，所述近红外光谱采集步骤中，马铃薯样本采用不透光金属盒遮蔽，并选择至少4个不同点进行采集，计算获得其平均光谱曲线。所述步骤(1)中，所述定标集和验证集的数量比例为3-4：1。所述步骤(2)中，所述预处理步骤的方式选自基线校正、加权最小二乘基线校正、15点一阶导数、15点二阶导数、去趋势、MSC、SNV、标准化、归一化方法中的至少一种。所述步骤(3)中，所述建立偏最小二乘判别分析模型的步骤采用留一交互验证法。所述步骤(3)中，对所述判别分析模型进行评价的步骤是对所述判别分析模型的精度进行评价。所述步骤(3)中，所述判别分析模型的精度采用识别率和拒绝率为评价指标，所述识别率和拒绝率为0.85-1.00时，所述判别分析模型有效，所述识别率和拒绝率越接近1.00，所述判别分析模型的精度越高。本专利技术还公开了所述的基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法在马铃薯质量检测领域中的应用。本专利技术所述快速鉴定马铃薯环腐病的方法，由于马铃薯受病害胁迫后会发生一些生理变化，这些变化会在近红外区有显著的体现，因此，可采用近红外光谱技术对马铃薯是否感染环腐病进行早期判定，实现了马铃薯环腐病的快速鉴别，具有快速、高效、绿色环保等优点，同时，该方法可有效降低模型构建成本，提高模型检测效率。本专利技术所述快速鉴定马铃薯环腐病的方法，基于近红外光谱技术进行检测，由于近红外分析只是取得样本的光谱信号，有时甚至可以在原容器中进行测定，不需要其它试剂，因此，整个测试过程中不会产生任何污染，具有绿色环保的特点，同时，该模型的构建，也有利于环腐病马铃薯鉴别专用仪器开发，为马铃薯环腐病的早期快速鉴定提供了新的途径，具有重要的意义。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中，图1为健康马铃薯样本与感染环腐病马铃薯样本的原始光谱图，健康薯样本为深色，染病薯样本为浅色；图2为所述近红外光谱信息经MSC法预处理的光谱图；图3为验证马铃薯环腐病样本的判定结果图。具体实施方式实施例1本实施例采用近红外光谱技术对马铃薯样品是否感染环腐病进行快速鉴定，由于马铃薯在受病害胁迫后，会伴随着一定的生理变化，这些变化会在近红外区有显著的体现，具体操作方法包括如下步骤：(1)样本收集本实施例选取的马铃薯研究样本共计118份，其中102份为健康马铃薯，16份为感染环腐病的马铃薯。分别将所述健康马铃薯样本和染病马铃薯样本随机的以隔三取一的方式划分定标集和验证集，即将健康马铃薯样本按随机排序中编号为1、2、3、5、6、7、9、10、11…的设定为定标集，而编号为4、8、12…的设定为验证集，同样的操作方法适用于环腐病马铃薯。得到的定标集中健康马铃薯样本为77个，环腐病马铃薯样本为12个，验证集中健康马铃薯样本为25个，环腐病马铃薯样本为4个。然后分别将上述健康马铃薯样本和环腐病马铃薯样本进行近红外光谱采集，获得的健康马铃薯样本与环腐病马铃薯样本的原始光谱图见图1所示，以此分别获得定标集光谱和验证集光谱，所述定标集光谱和所述验证集光谱中分别包括相应数量的健康马铃薯光谱和环腐病马铃薯光谱。对马铃薯样品进行近红外光谱检测采用德国布鲁克MPA傅里叶变换近红外光谱仪进行光谱采集，于25℃下开启近红外光谱仪预热30min，每次扫样前以空气光谱为背景光谱，近红外光谱仪采集方式为漫反射，光谱采集范围为12000-4000cm-1，分辨率为4c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.近红外光谱技术在快速鉴别马铃薯环腐病方法中的应用。

【技术特征摘要】
1.近红外光谱技术在快速鉴别马铃薯环腐病方法中的应用。2.一种基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)收集健康马铃薯及染病马铃薯样本，分别设其标签为0和1；并分别将健康马铃薯及染病马铃薯样本分为定标集和验证集，并分别采集各健康马铃薯及染病马铃薯样本的近红外光谱信号，获得定标集光谱信号和验证集光谱信号；(2)对采集的健康马铃薯及染病马铃薯样本的近红外光谱信号进行预处理；(3)以经过预处理的数据为输入，建立偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)模型，并对所构建的判别分析模型进行评价；(4)在与步骤(1)相同的采集条件下，采集待测马铃薯样本的近红外光谱信息，并输入至步骤(3)中建立的所述判别分析模型中进行判别分析，以快速鉴定待测马铃薯样本是否感染环腐病。3.根据权利要求2所述的基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述步骤(1)中，所述近红外光谱采集范围为12000-4000cm-1，其分辨率为4或cm-1，扫描次数为32或64次。4.根据权利要求3所述的基于近红外光谱技术快速鉴别马铃薯环腐病的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述近红外光谱采集步骤中，马铃薯样本采用不透光金属盒遮蔽，并选择至少4个不同点进行采集，计算获得其平均光谱曲线。...

【专利技术属性】
技术研发人员：兴丽，赵庆亮，李少萍，韩亚芬，张小燕，郭亚琳，张凡伟，曹有福，王燕妮，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11