近紅外光譜技術(shù)在玉米種子質(zhì)量檢驗上的應(yīng)用研究進展

呂巨智 石達金 唐國榮 覃永嬡 李發(fā)橋 鐘昌松 鄧錫肖

摘? ?要：玉米是世界上最重要的糧食作物之一，其種子質(zhì)量的好壞直接影響糧食的產(chǎn)量，與食品生產(chǎn)安全息息相關(guān)，種子作為生產(chǎn)源頭牽動著整個玉米產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。種子的質(zhì)量還影響農(nóng)作物的生存能力，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料重要的組成部分。種子作為各種技術(shù)的關(guān)鍵載體，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的種子對于提高食品安全和經(jīng)濟產(chǎn)量有著重要意義。隨著農(nóng)作物種子檢測技術(shù)的不斷進步，玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量得到有效提高。尤其是將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用在玉米種子檢測中，使玉米種子檢測質(zhì)量與效果得到明顯提高，為農(nóng)戶育種、種植及營銷節(jié)省了成本，提高了經(jīng)濟效益。首先介紹了近紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用原理，之后分析了近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)缺點，最后探討了近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜技術(shù);玉米種子;質(zhì)量檢驗;應(yīng)用;研究進展

玉米是老百姓餐桌上常見的食物，也是動物飼料及釀酒的重要原料。玉米富含人體所需的多種營養(yǎng)素，其中維生素B1、B2、B6，胡蘿卜素和膳食纖維的含量要高于稻米與小麥，是我國最重要的糧食作物之一。提高玉米產(chǎn)量與質(zhì)量，對農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。隨著生活質(zhì)量的不斷提升，人們對食品的安全性要求也不斷提升，所以玉米種子的鑒定工作顯得尤為重要，加強農(nóng)產(chǎn)品種子檢測工作的更新和完善勢在必行。近紅外光譜檢測技術(shù)借助其無破壞性、測量速度快、檢測數(shù)據(jù)誤差小等技術(shù)優(yōu)勢，成為玉米種子品質(zhì)檢測領(lǐng)域的研究熱點。近紅外光是一種波長介于紅外光和可見光之間的電磁波，通過對其分子振動光譜的分析，可以獲取檢測樣本中組成成分的詳細信息[1]。并且近紅外光譜分析技術(shù)準確性高、成本低、綠色環(huán)保，因此在農(nóng)產(chǎn)品種子檢測工作中的應(yīng)用效果顯著，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)階段玉米種子安全檢測的重要手段。

1? ?近紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用原理

隨著近紅外光譜技術(shù)不斷被相關(guān)專家重視，近紅外光譜分析技術(shù)得到快速發(fā)展。近紅外光是一種介于紅光和可見光之間的電磁波，近紅外光譜是一種分子振動由基態(tài)向高態(tài)躍遷產(chǎn)生的分子振動光譜。近紅外光譜具有較強的穿透力，并且吸收系數(shù)較低，用其圖像處理技術(shù)先得到玉米種子的輪廓，再利用近紅外光譜分析技術(shù)分析波譜信息，對玉米種子進行識別分析，得到了很高的識別精度，最后建立近紅外光譜識別模型數(shù)據(jù)庫，這種檢測辦法成本低、效果好，大幅度提高了玉米種子檢測工作效率。通過近紅外光譜分析技術(shù)，還可以獲取玉米種子的諸多信息，掌握檢測樣品的特點和相關(guān)成分的具體參數(shù)，因此，近紅外光譜技術(shù)是玉米種子檢測中一項十分重要的技術(shù)。

2? ?近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)缺點

2.1? ?近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)點

2.1.1? ?具有良好的傳輸性能

在實際應(yīng)用中，近紅外光譜分析技術(shù)具有較強的穿透力和良好的傳輸性能，所以其具有較高的傳輸速度和很強的實用性。在實際應(yīng)用中可以實現(xiàn)多種通道的檢測，并且可以在容器內(nèi)完成較為理想的遠程分析操作，促進了近紅外光譜分析速度的提升和作用范圍的拓展。

2.1.2? ?檢測方式無損，節(jié)約檢測成本

近紅外光譜分析技術(shù)對玉米種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部組成均不會造成任何損傷，更不會對樣品產(chǎn)生影響和污染，很好地保證了玉米種子檢測結(jié)果的真實性和有效性。近紅外光譜檢測技術(shù)即使應(yīng)用于活體檢測，也不會對其造成任何損傷。因此，其在玉米檢測方面的應(yīng)用，不僅提升了種子檢測的質(zhì)量，同時由于是無損檢測，也為農(nóng)戶節(jié)約了檢測成本，在保護了企業(yè)經(jīng)濟效益的同時還具有良好的環(huán)境效益。

2.1.3? ?分析速度較快

玉米種子檢測中運用近紅外光譜分析技術(shù)，省去了對檢測樣品進行預(yù)處理的步驟，檢測過程中還可以一次對多組樣品同時進行檢測，無論是在定量分析還是定性分析中，都大大縮短了測量時間，提高了種子檢測的分析速度。同時，由于大部分種子的組成物質(zhì)在近紅外光區(qū)域的吸收系數(shù)普遍較小，近紅外光譜分析技術(shù)的分析過程較為簡單，避免了繁雜的計算步驟，相應(yīng)地其分析速度更快，從而提高了種子參數(shù)的分析速度，是近紅外光譜分析技術(shù)在種子檢測中較為突出的特點。

2.1.4? ?適應(yīng)性較強

首先，與傳統(tǒng)的種子檢測技術(shù)相比，近紅外光譜分析技術(shù)具有較強的適應(yīng)性和實用性，主要表現(xiàn)為不論被檢測樣本是固態(tài)還是半固態(tài)，近紅外光譜分析技術(shù)都可以對其進行完整準確的成分檢測分析，明顯提高了種子的檢測效率和生產(chǎn)效率。其次，近紅外光譜分析技術(shù)在定性分析與定量分析中均能夠良好地發(fā)揮其作用效果，具有更強的協(xié)同性，其檢測信息更為豐富、全面，在確保種子檢測結(jié)果方面具有更強的可靠性，因此，在種子檢測中的適用性較強。

2.2? ?近紅外光譜分析技術(shù)的缺點

雖然近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測中具有諸多優(yōu)點，并且也逐漸得到廣泛的應(yīng)用，但是在實際應(yīng)用中仍然存在些許問題，例如，雖然近紅外光譜技術(shù)可以對各種形態(tài)的種子樣本進行完整的成分檢測，但是檢測前缺少對種子樣本檢測方式和形態(tài)等因素的處理，勢必會對樣本檢測結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。同時，如果一種基團吸收了近紅外光譜中的多個波長，那么多組分樣品的檢測結(jié)果中就會出現(xiàn)一個波長處出現(xiàn)多個譜峰值重疊的情況，進而影響種子檢測的結(jié)果。

3? ?近紅外光譜分析技術(shù)在玉米種子檢測中的應(yīng)用

3.1? ?玉米種子定性分析

近幾年，隨著我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，玉米種子的生產(chǎn)逐漸進入自動化階段，各個環(huán)節(jié)的誤差都有可能影響玉米生產(chǎn)的最終結(jié)果。近紅外光譜分析技術(shù)憑借其更快的分析速度和識別能力，利用DA7200型近紅外光譜儀，采用近紅外反射光譜法（NIRS）測定玉米籽粒光譜值，采用偏最小二乘（PLS）回歸法建立玉米籽粒粗蛋白定標模型，利用所建的近紅外模型測定玉米籽粒粗蛋白含量是可行的[2]，該模型的建立可實現(xiàn)玉米品質(zhì)育種過程中早代材料的快速、無破壞、大批量檢測，提高了育種效率，因此近紅外光譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用與我國種子檢測工作，為我國種子檢測行業(yè)作出了突出貢獻。

3.2? ?玉米種子顆粒分布檢測

近紅外光譜技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在玉米種子檢測環(huán)節(jié)發(fā)揮了很重要的作用，其可檢測玉米種子顆粒分布情況，根據(jù)分析數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)，檢測多種氨基酸并且操作簡單、不易出現(xiàn)失誤。

3.3? ?在玉米種子在線檢測及質(zhì)量控制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的食品檢測中，僅僅依靠經(jīng)驗對玉米種子外觀和性狀的檢測已經(jīng)不能準確地進行檢測工作。近紅外光譜分析技術(shù)逐漸成為玉米種子檢測工作中的主力軍，主要表現(xiàn)在可以通過分析近紅外光譜圖的峰位、峰強等數(shù)值，對外觀和性狀相近的種子進一步進行成分檢測;基于水分子在近紅外光區(qū)域倍頻、合頻吸收比與其他成分不同的原理，可檢測樣品中水分含量的差異等[3-4]。

4? ?結(jié)語

隨著我國農(nóng)業(yè)機械化、電子化的迅速發(fā)展，種子檢測工作的重要性逐漸顯現(xiàn)。近紅外光譜分析技術(shù)具有良好的傳輸性能、檢測方式對樣本不會造成損害、分析速度更快、適應(yīng)性更強等特點，可以很好地節(jié)約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟成本，具有良好的環(huán)境效益。因此，近紅外光譜分析技術(shù)在種子檢測中的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)高速發(fā)展的必然選擇。

參考文獻：

[ 1 ] 林姿伸，江青艷.對近紅外技術(shù)檢測玉米養(yǎng)分含量的模型

進行優(yōu)化的探討[J].廣東飼料，2020，29（1）：38-41.

[ 2 ] 于翠紅，樊翠芹，張麗，等.玉米籽粒粗蛋白近紅外模型的

建立[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，23（6）：101-105.

[ 3 ] 蔡月芹，趙文杰，王雪.基于近紅外光譜技術(shù)的玉米品種

鑒別方法研究[J].江蘇科技信息，2019，36（21）：36-38，57.

[ 4 ] 高彤，吳靜珠，毛文華，等.單粒玉米種子成熟度快速判別

方法[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2019，50（S1）：399-403.

基金項目：廣西科技重大專項——水稻、玉米種子生理質(zhì)量快速檢測技術(shù)及應(yīng)用研究（桂科AA17204050-5）。