一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其包括如下步骤：1)样品近红外光谱的收集：获取其近红外光谱信息；2)酶法样液的制备；3)样品蔗糖的测定：得样品化学值；4)NIRS建模：对蔗糖定标模型进行光谱的散射校正和数学处理。本发明专利技术针对甜玉米中蔗糖含量采用红外光谱分析结合酶法测定的化学值，通过光谱的散射校正和数学处理，对全光谱波段进行了化学计量学的分析统计，构建起蔗糖含量的NIRS模型，其可用于快速预测甜玉米中蔗糖的含量，进而为加快甜玉米优质种质资源筛选与品质育种提供有价值的参考。

【技术实现步骤摘要】
一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法
本专利技术涉及植物育种领域，特别涉及一种甜玉米中的蔗糖含量的检测。
技术介绍
近红外反射光谱(NIRS)技术通过近红外光束对样品进行辐射，搜集到光束响应回来的反射率或透射率，其基本原理是：被测的有机物体内含有带氢基团(X-H)或者碳碳双键(C-C)等化学键，这些化学键在近红外光束照射下会发生泛频振动或转动，然后以漫反射方式获得在近红外区的吸收光谱。样品中不同的物质化学组成含有不同含氢基团，如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖和水溶性多糖等都具有不一样的含氢基团。这些不同的含氢基团在近红外光谱区能够产生相对应特定的吸收光谱特征带，再通过先进的数学方法，利用计算机构建起被测样品光谱及其相关组分含量之间的相关性模型，从而实现仅仅需要利用近红外仪搜集获取相关的光谱信息就能够通过模型运算出待测样品的组分含量。相比较于传统的化学方法，NIRS技术具有测定速度快、样品制备简单、不耗费化学试剂、操作简便、成本低、无污染等优点。NIRS技术不但可以分析与含氢基团有关的成分如蛋白质、脂肪、淀粉、氨基酸等，还可以分析物质的密度、黏度、颗粒度的大小等。随着仪器硬件技术不断完善和化学计量学软件的发展，NIRS技术成功地应用于食品、药品、农产品等各领域的定量定性研究。近年来NIRS技术在植物育种与种质资源研究中的应用已成为一个活跃的研究领域。甜玉米含有丰富的多糖、食物纤维、微量元素以及维生素，具有较高的食用、营养、经济和加工价值。在欧美、韩国和日本等发达国家，甜玉米当作主要蔬菜之一。我国对甜玉米消费需求量也在不断增加，甜玉米消费市场和发展前景拥有巨大的潜力。近年来，我国已进入到全球种植甜玉米大国行列，2015年我国成为了世界甜玉米种植第二大国，甜玉米深加工制品一概俱全，并出口国际市场，甜玉米产业逐渐壮大。根据突变基因的不同，甜玉米分为三种基本类型：超甜型、普甜型和加强甜型。普甜型甜玉米约含有10％可溶性糖和35％水溶性多糖，但是其品质下降很快，货架期很短；超甜型甜玉米含有25～30％的高含量糖分，淀粉含量较低，不含水溶性多糖但是能保持很久的甜味，因此其拥有更长的收获期和货架期，可以极大地减少作物的损失。而加强甜型甜玉米的糖分含量比普甜型高出一倍以上(20％～35％)，并且水溶性多含量也很高，但是品质也如普甜型一样下降得很快。糖分含量及组成是影响甜玉米品质的一个关键因素。甜玉米糖分包含可溶性糖(果糖、葡萄糖、蔗糖)、淀粉和水溶性多糖。籽粒的含可溶性糖量越高，相对应地其感官甜度就会越强烈，往往越甜的甜玉米品种越会受大众的喜爱。目前，华南地区甜玉米育种的瓶颈是缺乏优质的品种，解决优质育种关键的前提是对品质指标进行量化，建立快速简单的鉴定评价体系，然后筛选出优质的资源用于遗传改良。目前甜玉米糖分含量的测定的方法主要是采用化学检测方法如高效液相色谱法、糖度计法、蒽酮比色法、3,5-二硝基水杨酸法、酶解法等，但这些方法存在成本高，污染环境，操作技术要求高等缺点。因此研究快速简单准确的甜玉米糖分检测方法对甜玉米种质资源筛选与育种都具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中用于甜玉米中糖分含量测定方法的不足，提供一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其可快速对甜玉米中蔗糖含量进行测定，进而为加快甜玉米优质种质资源筛选与品质育种提供参考。本专利技术所采取的技术方案是：一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其包括如下步骤：1)样品近红外光谱的收集：通过系谱法选育后选取品种不同且具有代表性的甜玉米完整籽粒120～400份作为样品，对样品进行扫描并获取其近红外光谱信息；2)酶法样液的制备：甜玉米样品磨碎过60目筛，准确称取0.5g干样粉末放入10mL离心管中，加入4.5mL的超纯水，利用混匀仪震荡30min，再5000r/min离心处理30min，取3mL上清液于10mL离心管并加入7mL超纯水充分混匀，后准确量取0.1mL加入2.9mL超纯水稀释，该稀释液作为酶法样液；3)样品蔗糖的测定：10mm石英比色皿中加入100μL步骤2)所得酶法样液，再加入200μL的果糖苷酶，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，依次加入1900μL蒸馏水，100μL咪唑缓冲液、100μL的NADP+和ATP混合溶液到比皿中，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置3min，于紫外可见分光光度计的340nm处读取吸光度Ab1，后加入20μL的己糖激酶和葡萄糖脱氢酶悬浮液至比色皿，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，于紫外可见分光光度计的340nm处读取吸光度Ab2，根据K-SUFRG_CALC数据处理方法计算出各样品中蔗糖含量，作为样品化学值；4)NIRS建模：根据步骤3)所得样品化学值和步骤1)所得样品近红外光谱信息，将各样品分为定标集和验证集，定标集采用MPLS方法建立定标模型，验证集合用于验证所建模型的可信度，对定标模型进行光谱的散射校正和数学处理，得蔗糖含量定标模型。作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述对定标模型进行光谱的散射校正和数学处理为采用标准正常化结合去散射处理作为光谱的散射校正，采用3阶导数作为数学处理，其导数处理间隙为6，平滑处理波长点为6，交叉验证标准偏差为1.508，交叉验证相关系数为0.820，外部验证标准差为1.880。作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述蔗糖含量定标模型的预测相关系数为0.891。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对甜玉米完整籽粒样品采用红外光谱分析结合酶法测定的化学值，通过光谱的散射校正和数学处理，对全光谱波段进行了化学计量学的分析统计，构建起蔗糖含量的NIRS模型，其可用于快速预测甜玉米中蔗糖的含量，进而为加快甜玉米优质种质资源筛选与品质育种提供有价值的参考。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行具体描述，以便于所属
的人员对本专利技术的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本专利技术做进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述
技术实现思路
对本专利技术作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本专利技术的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其包括如下步骤：1)样品近红外光谱的收集：通过系谱法选育后选取品种不同且具有代表性的甜玉米完整籽粒120～400份作为样品，对样品进行扫描并获取其近红外光谱信息。2)酶法样液的制备：甜玉米样品磨碎过60目筛，准确称取0.5g干样粉末放入10mL离心管中，加入4.5mL的超纯水，利用混匀仪震荡30min，再5000r/min离心处理30min，取3mL上清液于10mL离心管并加入7mL超纯水充分混匀，后准确量取0.1mL加入2.9mL超纯水稀释，该稀释液作为酶法样液。3)样品蔗糖的测定：10mm石英比色皿中加入100μL步骤2)所得酶法样液，再加入200μL的果糖苷酶，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，依次加入1900μL蒸馏水，100μL咪唑缓冲液、100μL的NADP+和A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：1)样品近红外光谱的收集：通过系谱法选育后选取品种不同且具有代表性的甜玉米完整籽粒120～400份作为样品，对样品进行扫描并获取其近红外光谱信息；2)酶法样液的制备：甜玉米样品磨碎过60目筛，准确称取0.5g干样粉末放入10mL离心管中，加入4.5mL的超纯水，利用混匀仪震荡30min，再5000r/min离心处理30min，取3mL上清液于10mL离心管并加入7mL超纯水充分混匀，后准确量取0.1mL加入2.9mL超纯水稀释，该稀释液作为酶法样液；3)样品蔗糖的测定：10mm石英比色皿中加入100μL步骤2)所得酶法样液，再加入200μL的果糖苷酶，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，依次加入1900μL蒸馏水，100μL咪唑缓冲液、100μL的NADP+和ATP混合溶液到比皿中，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置3min，于紫外可见分光光度计的340nm处读取吸光度Ab1，后加入20μL的己糖激酶和葡萄糖脱氢酶悬浮液至比色皿，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，于紫外可见分光光度计的340nm处读取吸光度Ab2，根据K‑SUFRG_CALC数据处理方法计算出各样品中蔗糖含量，作为样品化学值；4)NIRS建模：根据步骤3)所得样品化学值和步骤1)所得样品近红外光谱信息，将各样品分为定标集和验证集，定标集采用MPLS方法建立定标模型，验证集合用于验证所建模型的可信度，对定标模型进行光谱的散射校正和数学处理，得蔗糖含量定标模型。...

【技术特征摘要】
1.一种用于预测甜玉米中蔗糖含量的NIRS模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：1)样品近红外光谱的收集：通过系谱法选育后选取品种不同且具有代表性的甜玉米完整籽粒120～400份作为样品，对样品进行扫描并获取其近红外光谱信息；2)酶法样液的制备：甜玉米样品磨碎过60目筛，准确称取0.5g干样粉末放入10mL离心管中，加入4.5mL的超纯水，利用混匀仪震荡30min，再5000r/min离心处理30min，取3mL上清液于10mL离心管并加入7mL超纯水充分混匀，后准确量取0.1mL加入2.9mL超纯水稀释，该稀释液作为酶法样液；3)样品蔗糖的测定：10mm石英比色皿中加入100μL步骤2)所得酶法样液，再加入200μL的果糖苷酶，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置5min，依次加入1900μL蒸馏水，100μL咪唑缓冲液、100μL的NADP+和ATP混合溶液到比皿中，用保鲜膜盖住比色皿，轻轻混合，室温下放置3min，于紫外可见分光光度计的340nm处读取吸光度Ab1，后加入20μL的己糖激酶和葡萄糖脱氢酶悬浮液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泉女，王蕴波，洪宇，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44