近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在植物害蟲檢疫中的應(yīng)用

岑正洲

（羅甸縣林業(yè)局 貴州羅甸 550100）

近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在植物害蟲檢疫中的應(yīng)用

岑正洲

（羅甸縣林業(yè)局 貴州羅甸 550100）

在植物生長(zhǎng)過程中，很多檢疫性害蟲的隱蔽性較強(qiáng)，檢測(cè)難度較大，而且傳播范圍廣，危害性較強(qiáng)。對(duì)此，本文首先詳細(xì)介紹了近紅外光譜技術(shù)在植物害蟲檢疫中的使用原理，然后具體闡述了近紅外光譜技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)害蟲檢測(cè)、植物害蟲檢以及種子質(zhì)量（育種）檢測(cè)中的應(yīng)用，以期促進(jìn)近紅外光譜分析技術(shù)在植物害蟲檢疫中的應(yīng)用。

近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)；植物害蟲檢疫；應(yīng)用

1 引言

在植物種植過程中，很多檢疫性害蟲隱蔽性較強(qiáng)，難以發(fā)現(xiàn)，是植物檢疫工作的難點(diǎn)，所以相關(guān)工作人員一直在探討新的植物害蟲檢疫方法，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 近紅外光譜技術(shù)在植物害蟲檢疫中的使用原理

根據(jù)近紅外光譜的可見區(qū)域，近紅外光是一種電磁波，處于可見光與中紅外光區(qū)間之間，根據(jù)波長(zhǎng)，可以將其分為長(zhǎng)波近紅外光和短波近紅外光。使用近紅外光譜技術(shù)，能夠?qū)Υ蟛糠治镔|(zhì)中的少量無(wú)機(jī)物的化學(xué)組成和基因特征進(jìn)行分辨，其原理是利用不同物質(zhì)中特有的固定震動(dòng)頻率特征。在植物害蟲檢疫中，可以根據(jù)不同害蟲對(duì)于近紅外光的吸收情況和反射差異進(jìn)行合理分辨。另外，植物表面有獨(dú)特的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)接觸到近紅外光時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)能級(jí)以及轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。躍遷能量差都有其唯一對(duì)應(yīng)的頻率以及頻率諧波值，這樣就會(huì)引起分子以某一固定的頻率振動(dòng)，再加上近紅外光的激發(fā)作用，這些分子就會(huì)產(chǎn)生共振，同時(shí)消耗一部分能量。然后根據(jù)不同害蟲對(duì)這一過程的不同光譜反應(yīng)與能量吸收特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的辨別。

3 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在害蟲檢測(cè)分析上的應(yīng)用

3.1 在植物害蟲檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1.1 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在植物組織害蟲檢疫中的應(yīng)用

麻楝梢斑螟會(huì)嚴(yán)重危害桃花心木亞科樹種紅椿的種植。研究人員使用近紅外光譜技術(shù)對(duì)153份紅椿樣品葉片組成與害蟲危害的相關(guān)性進(jìn)行了研究分析。使用近紅外光譜技術(shù)能夠準(zhǔn)確劃分危害程度不同的紅椿小葉，而且還有利于合理預(yù)測(cè)小葉氮的含量以及樹高的變化情況。根據(jù)研究分析得出，如果樹種較高，則更容易受到害蟲危害，通過近紅外光譜技術(shù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出紅柏蛾侵害的差異性，紅柏蛾的危害行為與紅椿樹葉的化學(xué)成分有一定的聯(lián)系。通過近紅外光譜技術(shù)能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析，將部分危害葉片分為輕度和重度危害兩種。通過近紅外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的回歸分析，也可以科學(xué)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出葉片的含氮量以及樹木的高度變化。秋行軍蟲是一種危害性較大的害蟲，研究人員檢測(cè)了植物的品種特性以及對(duì)于害蟲危害的相應(yīng)。通過長(zhǎng)期調(diào)查研究和檢測(cè)表明，幾乎所有的檢測(cè)樣品都受到了害蟲的危害，受到較大的損失。研究人員使用圖像處理技術(shù)以及光譜分析技術(shù)，對(duì)斑潛蠅蟲害葉片進(jìn)行了近紅外反射光譜檢測(cè)。結(jié)果顯示，植物葉片的破損率、干鮮比與近紅外反射光譜之間有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。

3.1.2 近紅外光譜在植物果實(shí)害蟲的檢測(cè)中的應(yīng)用

以其在糧食與面粉內(nèi)寄生蟲為例，植物的果實(shí)會(huì)因?yàn)楦鞣N寄生蟲引發(fā)不同程度的蟲害，而且具有很強(qiáng)的隱蔽性，利用傳統(tǒng)的方法很難檢測(cè)或操作過于復(fù)雜，這也是國(guó)內(nèi)外都非常重視倉(cāng)儲(chǔ)害蟲檢測(cè)的原因。傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)檢測(cè)技術(shù)包括聲學(xué)技術(shù)、陷阱法與計(jì)算機(jī)圖像辨別法等。到了20世紀(jì)80年代末，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)開始得到倉(cāng)儲(chǔ)害蟲檢疫研究人員的重視，并且取得了相當(dāng)大的成效。

現(xiàn)在的近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)中的應(yīng)用，不但能夠很快的檢疫出害蟲，而且能夠得到害蟲的生存狀態(tài)，即害蟲的蟲齡。例如，可以使用近紅外檢測(cè)技術(shù)準(zhǔn)確的估計(jì)出“米象”的生存期，這樣就可以根據(jù)成蟲的性別以及其處于的生存環(huán)境，得出其在不同年齡階段所需的生存溫度與水分。但對(duì)于蛻皮的米象，就很難準(zhǔn)確的估計(jì)其特性，也許是米象對(duì)化合物的吸收產(chǎn)生了變化，導(dǎo)致近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不能得到正常的反射效果。有檢驗(yàn)表明，近紅外檢測(cè)方法雖然在精確度上要低于標(biāo)準(zhǔn)浮檢測(cè)方法，但是其在檢測(cè)方便，無(wú)損傷、所需檢測(cè)樣品少及其檢測(cè)過程中的智能能等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于小麥、面粉等植物果實(shí)的害蟲檢測(cè)之中。

近紅外光譜檢測(cè)方法也有其自身的應(yīng)用局限性：①對(duì)于蟲害程度較低的糧食而言，無(wú)法得出正確結(jié)果；②對(duì)待檢測(cè)物質(zhì)的濕度要求相對(duì)其他技術(shù)較高；③近紅外光譜檢測(cè)是一種間接檢測(cè)方法，對(duì)于幼蟲的檢測(cè)率不高。例如，在某地植保站進(jìn)行小麥免費(fèi)的檢測(cè)過程中，與標(biāo)準(zhǔn)浮選法相比，雖然在時(shí)間上遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于標(biāo)準(zhǔn)浮選發(fā)，但是成本較高，且對(duì)幼蟲檢測(cè)的水平比標(biāo)準(zhǔn)浮選發(fā)低80片每50g。

3.2 在種子質(zhì)量（育種）檢測(cè)中的應(yīng)用

病蟲害對(duì)于植物的危害較大，因此在植物種植過程中，應(yīng)該選擇快速簡(jiǎn)便的方法篩選出抗性較好的種質(zhì)材料，這對(duì)于育種工作至關(guān)重要。近紅外光譜技術(shù)能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)和林業(yè)種植工作提供快速的、非破壞的檢測(cè)方法，并且在林業(yè)品種種植資源鑒定中已經(jīng)有一定的應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)人員使用近紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)山毛櫸樹種子的活力進(jìn)行了檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果現(xiàn)實(shí)，近紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)于鑒定單個(gè)種子活力的精確度高達(dá)100%，使用快速、高效的無(wú)損檢測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確的判斷出毛櫸樹種子的優(yōu)劣，所以，近紅外檢測(cè)技術(shù)在改進(jìn)種子萌發(fā)率方面的應(yīng)用前景十分廣闊。另外，研究人員還通過近紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)溫帶和熱帶的樹種進(jìn)行了質(zhì)量特性檢測(cè)，根據(jù)種子的相對(duì)含水量有利于準(zhǔn)確區(qū)分種子的優(yōu)劣；與此同時(shí)，還可以根據(jù)種子內(nèi)部的油脂含量以及蛋白質(zhì)含量鑒定種子受否受到感染，準(zhǔn)確率高達(dá)90%以上。除此以外，相關(guān)技術(shù)人員還發(fā)現(xiàn)，通過近紅外檢測(cè)技術(shù)能夠區(qū)分飽滿種子的識(shí)別率在90～100%，區(qū)別感染和癟種子的識(shí)別率為100%，但是識(shí)別率會(huì)因?yàn)橹参锲贩N的不同而有所差異。近紅外檢測(cè)區(qū)分飽滿、癟的和感染的種子，其原因在于種子的脂肪含量和蛋白質(zhì)含量有所差異。通過大量的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，近紅外檢測(cè)技術(shù)在林草種子的育種中應(yīng)用范圍十分廣泛，在農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐中發(fā)揮著十分重要的作用。

3.3 在產(chǎn)品生產(chǎn)線檢測(cè)中的應(yīng)用

棉花中的昆蟲糖分會(huì)影響棉花的質(zhì)量，而且還會(huì)影響棉花的機(jī)器清選梳絨速度以及效率。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)損傷、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，因此可以有效檢測(cè)和區(qū)分出有蟲害污染和無(wú)蟲害危害的單個(gè)棉桃，所以在纖維質(zhì)量分級(jí)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。研究人員利用高效液相色譜分析識(shí)別和對(duì)個(gè)體含糖量定量識(shí)別，將棉花分為四種含水量水平，變動(dòng)范圍為46～93g·kg-1（4.6～9.3%），根據(jù)研究顯示，由于棉花中含有害蟲分泌的糖類物質(zhì)，因此會(huì)影響棉花的含水量以及光波吸收曲線，通過近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，可以建立出相關(guān)性回歸方程，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)棉花中的含糖量的成功率高達(dá)89%以上，由此說明，使用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)⒚藁ㄊ欠窀腥鞠x害進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)近紅外光譜技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，目前把近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于隱蔽性害蟲的檢測(cè)還是空白。人們對(duì)于糧食問題的重視以及對(duì)糧粒內(nèi)害蟲檢測(cè)技術(shù)要求不斷提高，紅外光譜技術(shù)具有檢測(cè)速度快、安全性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)必將得到不斷改進(jìn)和發(fā)展，成為隱蔽性害蟲檢測(cè)的重要技術(shù)手段。

[1]宋志強(qiáng)，張恒，鄭曉，等.近紅外光譜技術(shù)在食用植物油脂檢測(cè)中的應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（02）：1～5.

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S436.611.2

A

1004-7344（2016）04-0227-01

2016-1-2