[发明专利]一种小麦籽粒微量元素快速无损检测方法

说明书

本发明公开了一种小麦籽粒微量元素快速无损检测方法，具体涉及农产品无损检测技术领域。所述方法包括以下步骤：采集试验样本、数据获取、数据处理和构建模型。本发明以不同小麦品种为材料，利用高光谱成像技术对不同年份、不同管理措施下小麦籽粒微量元素进行检测。高光谱成像技术克服了传统测定方法费时、费力的缺点，在无损籽粒水平上实现了小麦籽粒微量元素含量的快速检测。本发明提供的方法可用于麦类籽粒营养品质的快速分级筛选，对于推动改善“隐性饥饿”问题具有重要作用。

技术领域

本发明涉及农产品无损检测技术领域，具体涉及一种小麦籽粒微量元素快速无损检测方法。

背景技术

小麦是最重要的粮食作物之一，为全球提供了20％的饮食能量和蛋白质。同时，小麦还含有许多其他重要的营养物质，包括膳食纤维、维生素(尤其是维生素B)、脂质以及微量元素。但现有的小麦品种微量元素含量不能够满足人体的营养需求，因此，一些以小麦为主食的发展中国家“隐性饥饿”问题尤为严重。2008年《哥本哈根共识》将微量营养素缺乏列为人类健康面临的第五大全球挑战。据统计，全球共有20亿人患有一种或多种慢性微量营养素缺乏症，其中中国占15％。因此，进一步提高小麦的微量元素含量、为全世界的人们提供高营养品质的小麦非常重要。提高小麦的微量元素含量这一目标存在很多限制因素，其中一项就是微量元素含量的测定。长期以来，传统的小麦籽粒微量元素含量的测定都是通过室内研磨、化学方法高温消煮、电感耦合等离子原子发射光谱仪或原子吸收分光光度计检测而实现的，需要投入大量时间、精力，同时操作过程复杂，分析成本高，还会产生化学废气污染环境。因此，非常有必要寻找一种能够快速监测小麦籽粒微量元素的方法。

随着科学技术的发展，一种实验室条件下利用可见光-近红外光谱进行研究的新技术：高光谱成像技术被开发，该技术融合了光谱技术和成像技术的优点，可以获得图像中每个像素的光谱(化学或物理)信息，非常适合分析非均质性的样本。同时，近红外波段的光谱包含C-H、O-H和N-H化学键的信息，能够在不破坏样本的前提下实现有机分子含氢基团的特征信息获取。由于该技术具有分辨率高、速度快、无损、经济、环保等特点，所以非常适合应用于农产品无损检测技术领域。该技术已成功应用于检测小麦呕吐毒素污染水平(沈飞等，2019)、小麦赤霉病抗性(梁琨等，2019)、玉米淀粉含量(陈立平等，2019)和坚果矿物质含量(Bai et al.2018)。然而目前还没有将高光谱成像技术用于小麦籽粒微量元素预测的先例。

发明内容

本发明的目的是基于高光谱成像技术，提供一种简单、快速、无损检测小麦籽粒微量元素含量的方法。

本发明所提供的检测小麦籽粒微量元素含量的方法，包括如下步骤：

1)收集小麦籽粒样本；

2)构建高光谱成像系统，利用高光谱成像系统采集小麦籽粒的高光谱图像；

3)获取籽粒光谱反射率

对步骤2)获得的样本原始高光谱图像进行校正，将原始光谱辐射率图像转换为光谱反射率图像，然后从光谱反射率图像中提取样本的平均光谱反射率数据；

4)测定籽粒各微量元素的含量；

5)使用偏最小二乘回归PLSR方法建立反映平均光谱反射率数据与小麦籽粒各微量元素的含量之间关系的模型；

(1)筛选和删除微量元素含量数据集和高光谱数据的异常值；

(2)建立模型；

6)利用高光谱成像系统采集待测小麦籽粒的高光谱图像，提取小麦籽粒光谱反射率，将小麦籽粒光谱反射率输入建立好的模型，预测出待测小麦籽粒中各微量元素的含量。

上述方法步骤1)中，所述小麦籽粒样本可为来自不同年份、不同品种、不同管理措施条件下的小麦籽粒样本，但不限于小麦，麦类谷物籽粒均可；