电子鼻在种子生活力检测和品种鉴别中的应用研究

摘要

种子是人类生存和发展的物质基础及宝贵财富，也是种质资源最重要的保存形式。但即使在种质库低温保存的条件下，种子依然会逐渐衰老，致使其生活力不断降低。因此，检测研究低温种质库贮存种子生活力是种质安全保存的核心。此外库存材料同名现象在种质资源保存工作中亦是一个突出问题。目前常用的检测种子生活力及鉴别同名种质的方法都存在着费时费力、消耗种子等缺点。因此，建立一套快速、无损检测种质生活力及鉴别同名种质的方法尤为重要。本文以小麦、大豆、油菜不同生活力的种子及不同来源的大豆同名品种满仓金种子为研究对象，使用对气体信息敏感的PEN3电子鼻检测其挥发气体，运用多种模式分析、BP神经网络等数据分析手段，研究不同生活力种子及同名品种种子与电子鼻响应信号之间的关系，以期建立基于挥发性气体检测的种子生活力、品种鉴别的无损快速检测新技术。
　　本研究主要内容包括：⑴种质生活力检测研究以小麦（4个品种）、大豆（3个品种）、油菜（5个品种）不同生活力的种子为研究对象，利用PCA、LDA、Loading法分析电子鼻采集信号，并利用BP神经网络分析法对其生活力进行预测。结果表明：电子鼻技术结合适当的分析方法（PCA、LDA或Loading）能够将小麦、大豆、油菜不同生活力的种子很好地区分开，且LDA的整体区分效果更好；电子鼻技术结合BP神经网络预测小麦、大豆、油菜种子生活力，其BP神经网络训练正确率都达到了95.8％以上，预测正确率都达到了98.3％以上，表明电子鼻技术结合BP神经网络分析能够实现种子生活力预测；利用Loading法分析小麦、大豆、油菜种子电子鼻信号的结果表明:第一主成分在不同发芽率种子区分中占主导地位;同一作物，或者同一作物内相同类型种质的主成分传感器相同，表明相同作物/类型种质不同发芽率种子间挥发性气体成分的差异存在共性。综合上述，我们认为通过电子鼻检测结合相应的分析方法可以实现种子生活力的快速、无损检测。⑵在同名种质鉴别方面，以国家种质库中10份不同来源的大豆同名品种满仓金种子为研究对象，利用PCA、LDA分析法对其进行鉴别，并根据10份样品的目录性状对其进行鉴别，对比两种鉴别方法的有效性，同时对随机选取的2份满仓金种子样品进行回判，以验证电子鼻技术在同名种质鉴别中的可靠性。结果表明:电子鼻技术结合PCA分析能够将10份不同来源的大豆同名品种满仓金种子很好的区分开，而LDA分析法和目录性状分析法则不能将其区分开;电子鼻结合PCA分析法对随机样品进行回判的准确率较高，表明电子鼻对同名大豆品种的鉴别效果是可靠的。结果表明，电子鼻结合适当的分析方法，能够快速、无损、低成本地实现种子生活力的检测及同名种质的鉴别。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景及意义

1．1．1 我国种质资源保存现状

1．1．2 种质生活力检测方法的研究

1．1．3 同名种质鉴别方法的研究

1．2 电子鼻技术

1．2．1 电子鼻简介

1．2．2 电子鼻技术原理

1．2．3 电子鼻在农业中的应用

1．2．4 电子鼻在种子检测中的应用

1．3 本研究的目的、内容及技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 材料与处理方法

2．1．1 生活力区分及预测供试种子材料

2．1．2 同名品种鉴别供试种子材料

2．2 种子生活力测定

2．3 仪器与设备

2．4 电子鼻采样方法

2．5 电子鼻采集种子挥发气体参数的测定

2．6 样品质量和密封静置时间的测定

2．6．1 小麦样品质量和密封静置时间的测定

2．6．2 大豆样品质量和密封静置时间的测定

2．6．3 油菜样品质量和密封静置时间的测定

2．7 不同生活力种子挥发性气体信号采集

2．8 同名品种种子挥发性气体信号采集

2．9 数据分析

2．9．1 PCA

2．9．2 LDA

2．9．3 Loading

2．9．4 BP神经网络

2．9．5 目录性状分析

第三章 结果与分析

3．1 小麦种子生活力的检测研究及预测

3．1．1 同品种不同生活力小麦种子的区分

3．1．2 小麦种子生活力的预测

3．2 大豆种子生活力的检测研究及预测

3．2．1 同品种不同生活力大豆种子的区分

3．2．2 大豆种子生活力的预测

3．3 油菜种子生活力的检测研究及预测

3．3．1 同品种不同生活力油菜种子的区分

3．3．2 油菜种子生活力的预测

3．3．3 小结

3．4 同名大豆品种的区分鉴别

3．4．1 目录性状区分

3．4．2 LDA区分

3．4．3 PCA区分

3．4．4 未知样品的PCA回判分析

3．4．5 小结

第四章 讨论

4．1 电子鼻可用于种质生活力的检测

4．2 电子鼻可用于同名种质的鉴别

第五章 结论

参考文献

致谢

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