盧信 廖桂平 劉凡

摘要：高油酸油菜籽品種是當(dāng)前油菜育種方向之一，為開(kāi)發(fā)高效、無(wú)損測(cè)定油酸含量的方法，提高油菜高油酸種質(zhì)資源篩選效率，選用3個(gè)油菜品種為材料，分別采集其種子光譜成像信息及油酸含量數(shù)據(jù)，首先對(duì)光譜信息進(jìn)行11種預(yù)處理，確定多元散射校正（MSC）最佳預(yù)處理方法，然后基于主成分分析（PCA）、連續(xù)投影（SPA）、競(jìng)爭(zhēng)性自適應(yīng)重加權(quán)采樣（CARS）方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，最后分別建立支持向量機(jī)（SVM）、最小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM）和極限學(xué)習(xí)機(jī)（ELM）3種定量分析模型，對(duì)油菜油酸含量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。通過(guò)改變訓(xùn)練樣本的數(shù)量來(lái)測(cè)試模型，為驗(yàn)證模型的穩(wěn)定性，用相關(guān)系數(shù)（R）、均方根誤差（RMSE）進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在所有模型中，多元散射校正+競(jìng)爭(zhēng)性自適應(yīng)重加權(quán)采樣+極限學(xué)習(xí)機(jī)（MSC+CARS+ELM）模型預(yù)測(cè)效果最好，校正集相關(guān)系數(shù)（Rc）、均方根誤差（RMSEc）分別為0.894、1.993 4%，預(yù)測(cè)集相關(guān)系數(shù)（Rp）為0.868，均方根誤差（RMSEp）為1.069 8%，可更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)油酸含量，創(chuàng)建一種快速、無(wú)損檢測(cè)油菜種子油酸含量的方法，為利用高光譜技術(shù)進(jìn)行油菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油菜；高光譜成像；油酸含量doi：10.13304/j.nykjdb.2021.1001

中圖分類號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2023）01009208

油菜是我國(guó)重要的油料作物，是植物油脂的主要來(lái)源之一[1-2]。種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要的生產(chǎn)資料，其品質(zhì)對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要[3]。油菜種子（油菜籽）品質(zhì)主要包括種子含水率、蛋白質(zhì)含量、脂肪酸含量等。在現(xiàn)代油菜育種中，高油酸品種已成為研究熱點(diǎn)[4]，針對(duì)品種選育過(guò)程中篩選時(shí)間長(zhǎng)且工作量大的問(wèn)題[5]，提出一種快速、高效測(cè)定油酸含量的方法，對(duì)提高油菜高油酸種質(zhì)資源篩選效率具有重要意義。

傳統(tǒng)油酸含量測(cè)定方法主要有高效液相色譜法和氣相色譜法[6]，存在有損、操作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)等弊端[7]，無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)信息化和智能化的要求，近年來(lái)，隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展和遙感技術(shù)的進(jìn)步，高光譜成像技術(shù)以其快速、無(wú)損、高效等優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)投入品等品質(zhì)的快速、無(wú)損分析方面得到廣泛應(yīng)用[89]。Tallada等[10]基于成像高光譜技術(shù)對(duì)玉米種子的蛋白質(zhì)、可溶性糖、油分等含量進(jìn)行了定量分析，使用偏最小二乘方法，發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)蛋白質(zhì)的預(yù)測(cè)效果較好，但是對(duì)其他成分預(yù)測(cè)效果不佳；蘆兵等[11]利用高光譜技術(shù)構(gòu)建了水稻種子含水量的預(yù)測(cè)模型，基于遺傳模擬退火算法，使用松弛變量方法進(jìn)行改進(jìn)，最終模型相關(guān)系數(shù)（R2）為0.928 6，均方根誤差（root mean squareerror，RMSE）為3.42%；用近紅外技術(shù)分別構(gòu)建花生種子的維生素E含量[12]、蔗糖[13]、芥酸[14]含量預(yù)測(cè)模型；吳靜珠等[15]利用近紅外成像高光譜對(duì)小麥種子的水分、蛋白含量等進(jìn)行預(yù)測(cè)；蔣蘋(píng)等[16]和郝勇等[17]利用成像光譜技術(shù)對(duì)油茶籽脂肪酸含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為油茶籽脂肪酸的無(wú)損、快速檢測(cè)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論；李建國(guó)等[18]利用成像高光譜技術(shù)對(duì)花生油酸含量進(jìn)行研究，成功將高光譜技術(shù)用于種子選育。綜上，在作物種子品質(zhì)檢測(cè)中，研究者使用近紅外高光譜技術(shù)、可見(jiàn)-近紅外高光譜技術(shù)和可見(jiàn)-近紅外成像高光譜技術(shù)等都取得了較好的研究效果，但是側(cè)重的光譜波段和數(shù)據(jù)特征各不相同。

因此，本研究通過(guò)高光譜成像技術(shù)研究油菜種子油酸含量和光譜數(shù)據(jù)間的定量關(guān)系；首先尋找最優(yōu)預(yù)處理方式，然后利用不同方法進(jìn)行降維，提取特征波段，最后建立3種油酸含量模型，對(duì)比分析不同方法的檢測(cè)效果，為油菜種子提供無(wú)損、快速的檢測(cè)方法，為高油酸油菜種質(zhì)篩選提供參考。