[发明专利]基于太赫兹光谱技术的油菜种类鉴别方法

说明书

技术领域

本发明涉及油菜的品种区分方法，尤其涉及一种基于太赫兹光谱技术的油菜种类鉴别方法。

背景技术

油菜是十字花科芸薹属的若干种可生产榨油籽粒的作物在农艺学上的统称。油菜是我国最主要的油料生产原料和经济作物之一，占我国油料经济作物总面积的40％以上，总油料产量的30％以上。油菜作为油料主要生产作物，其油菜籽油中富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，具有预防心血管疾病和降低人体内血清胆固醇等保健功效。在我国，大约有15个不同的油菜品种，不同品种的油菜具有一定形态特征、产量性状的特异性和稳定性的差异，可以通过分析品种遗传特性以便鉴定品质或与其它品种差异进行油菜品种的鉴定。油菜品种鉴定是筛选优良的油菜品种、保证油菜高产、品种改良和优化的基础，也是实现种子质量标准化、保护品种选育者和使用者利益的基础。因此建立油菜品种快速鉴定的技术平台具有十分重要的意义。

针对油菜品种的鉴定，目前普遍采用PAGE银染法，但这种检测方法存在检测效率偏低、重复性差、不能精确识别片段大小等缺点；此外，还有SSR荧光标记毛细管电泳检测技术，但这种技术是基于DNA的指纹鉴定，操作复杂、耗时耗力；该类检测方法在样本准备上需要花费大量的时间和精力，有些废液废弃物等对环境造成严重污染，且破坏性实验将使植物生长过程无法继续，同时过长的检测时间无法保证数据的时效性与不同样本测量数据之间的同步性。

随着光谱技术的快速发展，近红外光谱检测法、高光谱检测法、电磁波检测法及太赫兹波谱(Terahert，THz)检测法广泛应用于植物种类鉴别研究。由于大量的大分子振动和转动能级都处于太赫兹波段(0.1～10THz)，在太赫兹波段表现出很强的吸收和谐振，并且物质的太赫兹光谱包含丰富的物理信息和化学信息。针对大多数的有机生物大分子，在太赫兹波段具有指纹特性，可以用于物质的区分鉴定。此外，太赫兹光子能量低可避免生物细胞的光致电离损伤。太赫兹具有较强的穿透性，能穿透像油菜叶片这种较薄的生物样本。因此，太赫兹光谱检测技术在鉴别不同品种的油菜叶片上具有一定的优势。

本发明利用太赫兹技术的指纹性、高穿透性、低损害性，采用太赫兹光谱技术进行基于油菜叶片的品种鉴定。实验选用在相同生长环境相同生长期的两个不同品种的油菜，通过太赫兹时域光谱仪透射式模块采集油菜叶片的时域光谱，通过傅里叶变换将时域光谱转换为频域光谱，再在频域光谱的基础上提取太赫兹透过率光谱、折射率光谱、吸收系数光谱和消光系数光谱。然后对4种光学参数光谱进行预处理优化，最后采用偏最小二乘线性判别分析对两个品种的油菜进行区分鉴定。本专利发明对建立油菜品种快速鉴定的技术平台、对油菜品种的优化筛选与育种精细化管理具有一定的理论与实践指导意义。

发明内容

为克服现有技术所存在的问题，本发明提供了一种基于太赫兹光谱技术的油菜品种鉴定方法。

一种基于太赫兹光谱技术的油菜种类鉴别方法，包括如下步骤：

(1)分别从两种不同品种的油菜中挑选油菜叶片样品，采用太赫兹时域光谱仪采集参考信号和油菜叶片的太赫兹时域光谱；将太赫兹时域光谱转换成太赫兹频域光谱；

(2)从太赫兹频域光谱中提取透过率光谱、折射率光谱、吸收系数光谱和消光系数光谱；并对4种光学参数光谱进行平滑预处理；

(3)将两种油菜的类别编号分别赋值为1和-1，然后将类别编号信息分别与平滑预处理后的4种光学参数光谱信息进行偏最小二乘线性判别分析建模；

(4)采集如步骤(1)中两种不同品种油菜的油菜叶片为样本，获取油菜叶片的太赫兹时域光谱，经步骤(2)处理后带入步骤(3)所建模型中，进行油菜品种的鉴别。实施本发明方法可采用时域太赫兹光谱透射式扫描系统，激光器为钛宝石飞秒激光振荡器；波长：800nm；重复频率：80MHz；频率范围：0.1～3.5THz；脉冲宽度：50fs；平均功率：500m W；

作为优选，步骤(1)中的挑选的2个油菜品种分别为新油6号和垄油6号。2种油菜处在相同的生长环境和相同的生长期。

作为优选，步骤(1)及步骤(4)中挑选长势良好、株高相近、无病虫害、健康生长的油菜叶片；两个品种的油菜在相同的种植环境、相同的生长期。

作为优选，每次采集油菜叶片样本的太赫兹时域光谱时选取3个不同的点位进行采集，每个点位重复采集三次光谱。采集油菜叶片太赫兹时域光谱的点位为叶肉部分，避免叶脉部分。