法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-12-10
授权
授权
2013-05-08
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N21/25 申请日:20121218
实质审查的生效
2013-04-10
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种检测转基因稻米的方法，尤其是涉及一种用太赫兹时域光谱技术检测转 基因稻米的方法。
背景技术
随着生物技术的发展，转基因技术广泛的应用，转基因作物渐渐走进了人们的生活。但 是因为人们对转基因技术的不了解，以及对其产品的潜在危险的不确定性存在恐惧，所以有 些国家规定凡是转基因的农产品或者其加工产物要注明本产品是否含转基因或转基因成分含 量。目前检测转基因产品的方法很多，比如聚合酶链式反应、酶联免疫法等，不过这些方法 相对比较耗时。根据应义斌、谢丽娟等人的专利：基于可见和近红外透射技术鉴别转基因番 茄的方法和装置（公开号：CN 101368904），他们可以用可见近红外光谱技术快速鉴别转基因 番茄。但是该方法在改变对象之后，往往连带装置也需要改变，难以适应多种不同的转基因 农产品对象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种采用太赫兹时域光谱 检测转基因稻米的方法，该方法应具有准确性高、检测快速方便的特点。
本发明采用的技术方案如下：
基于太赫兹时域光谱的峰谷位鉴别转基因稻米的方法，包括如下的步骤：
1）制作转基因稻米以及待测稻米的样本
将转基因稻米以及待测稻米分别烘干、磨粉、过筛，然后将粉末与聚乙烯粉末以一定比 例混匀，并用压片机一一压成薄片，获得多个转基因稻米样本以及待测稻米样本；
2）采集所有转基因稻米样本的太赫兹时域光谱
在0.1-3.5THz光谱频宽区间内，用太赫兹时域光谱系统一一采集转基因稻米样本的太赫 兹时域光谱，获得所有转基因稻米样本各自独立的光谱数据组；
3）采用数据处理方法对所获得每个转基因稻米的谱线幅值数据组以及对应时间数据组分 别进行平滑处理：
得平滑处理后的新谱线幅值数据组以及对应时间数据组；
4）在每个转基因稻米样本的新谱线幅值数据组以及对应时间的数据组中搜索，寻找太 赫兹时域光谱的峰值和谷值出现的时间；然后对所有转基因稻米样本的峰值和谷值出现时间 进行统计，获得转基因稻米的峰值时间段和谷值时间段，并记录为时间段1、2、3和4；
即在规定延迟时间区域内搜索转基因稻米谱线数据组中出现第一个波谷的出现位置、第 一个波峰的出现位置、第二个波谷的出现位置和第二个波峰的出现位置，具体是在规定延迟 时间区域内分别寻找出现最小波谷、最大波峰、最小波谷和最大波峰四个谱线幅值时的对应 延迟时间；
对所有转基因稻米样本谱线的峰谷出现时间进行统计，得到转基因稻米的峰值和谷值出 现的时间，并记录为时间段1、2、3和4；
所述规定延迟时间区域完整包括每个转基因稻米样本所有谱线出现的时间。
5）对待测样本按步骤2）和步骤3）方法处理，然后在平滑处理后的数据组中搜索峰值 和谷值出现的时间；如果峰值和谷值出现的时间都落在步骤4）的时间段1、2、3和4内， 则判断样本为转基因稻米；否则就不是转基因稻米。
具体搜索峰值和谷值出现时间的方法是：
在时间段1内寻找谷，当相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数小于零时，确 认此时间段内存在谷，并通过mark1[0]记录；在时间段2内寻找峰，当相邻一阶导数乘积为 负值，并且前面的一阶导数大于零时，确认此段内存在峰，并通过mark1[1]记录；用同样方 法在时间段3和4内分别寻找谷和峰，分别用mark1[2]和mark1[3]记录；当在规定时间段内 峰谷都出现的时候，就判定为转基因稻米，否则就不是。
所述每个样本的粉末质量在0.1-0.3克，压片机压力为15-20MPa。
所述每个样本的粉末与聚乙烯粉末的混合重量比例为1:18-22。
所述太赫兹时域光谱系统，在充氮气的情况下采集样本的太赫兹时域光谱；测量环境湿 度要求<0.2%。
所述平滑处理，是对每个转基因稻米的谱线幅值以及对应时间分别以连续排列的h个数 值进行加权平均，获得新的脉冲幅值；即作变换t=（x1+x2+……+xh）/h，得平滑后的新数据 组；t为新产生的脉冲幅值，h为连续排列的脉冲幅值个数。
所述转基因稻米样本的数量为10-300个。
本发明具有的有益效果是：本发明利用转基因稻的太赫兹时域光谱峰值和谷值出现的时 间差异作为标准样本，来判断样本是否为转基因稻米；由于数据处理和搜索峰谷等具体工作 均可由电脑软件实现，因此不但结果准确、样本用量少，而且检测速度快、操作简便。
附图说明
图1是为平滑处理前的样本谱线数据示意图。
图2是为经过平滑处理后的样本谱线数据示意图。
具体实施方式
太赫兹波是一种波长介于微波与红外辐射之间的电磁波，其频率为0.1-10THz。它的光 子能量非常低，仅为X射线的一百万分之一，而且太赫兹波的光子能量低于各种化学键的键 能，故不会引起对人体或检测材料有害的电离反应。一般情况下，有机分子内化学键的振动 吸收频率主要表现在普通红外波段。但是对于分子与分子之间的相对弱的相互作用（如氢键 等）以及偶极子的旋转与振动跃迁、大分子的骨架振动、晶体中晶格的低频振动吸收频率等， 一般表现在太赫兹红外波段。因此，尽管太赫兹辐射的能量很低，但是大量的分子，尤其是 许多有机大分子（DNA、蛋白质等）在这一频段内，表现出强烈的吸收和色散。太赫兹时域 光谱技术（Terahertz time domain spectroscopy，THz-TDS）是国际上近年来发展起来的一项新 的研究与检测技术。至今，太赫兹时域光谱技术已经在爆炸物检测、药物检测、氨基酸检测、 蛋白质检测、癌症检测等方面有着许许多多的应用。转基因农产品相对于非转基因农产品而 言，其转入基因的表达产物一般是蛋白，因此使用太赫兹时域光谱手段检测转基因农产品具 有非常大的潜力。
所述的太赫兹时域光谱系统为z-omega公司生产的型号为z3的太赫兹时域光谱系统。
所述每个样本的粉末质量在0.1-0.3克，优选0.2克；压片机压力为15-20MPa。
所述每个样本的粉末与聚乙烯粉末的混合重量比例为1:18-22，优选1:20。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
1）采集转基因稻米的太赫兹时域光谱。具体过程：将80份转基因稻米样本分别烘干， 磨成粉末过100目筛；将粉末与聚乙烯粉末以1:20的比例混匀，并用压片机压成薄片样本， 其中粉末总质量在0.2克左右，压片机压力为15-20MPa；打开激光，电脑，锁相放大器以及 氮气阀门，此时THz-TDS系统内开始充进氮气，湿度下降，激光预热半小时后方可进行测量； 将先前已经压好的样本放进配套的模具中，打开太赫兹时域光谱系统测量用的盖子，并将模 具放进激光光路中，用固定夹具夹好；在充氮气的情况下，在太赫兹时域光谱系统的光谱频 宽为0.1-3.5THz区间采集样本的太赫兹透射时域光谱，其中测量环境湿度要求<0.2%；用以 上方法逐个测量薄片样本的太赫兹透射时域光谱并保存。
所述的转基因稻米为转基因抗虫水稻华辉1号。
所述的太赫兹时域光谱系统为z-omega公司生产的型号为z3的太赫兹时域光谱系统。
所述的模具为z-omega公司生产的sample-holder。
2）采用的数据处理方法为先对数据进行平滑处理：以连续排列的h个数值进行加权平均， 获得新的脉冲幅值；即作变换t=（x1+x2+……+xh）/h，得平滑后的新数据组。t为新产生的 脉冲幅值，h为连续排列的脉冲幅值个数。
如：第10号样本原始的脉冲幅值为
间隔h为5，原数据变成：
3)在指定区域内搜索太赫兹时域光谱的峰值和谷值出现的时间，具体的实现方 法是：
在延迟时间为-2.5到3.5ps区域内搜索每条转基因稻米谱线出现第一个波谷的出现位置、 第一个波峰的出现位置、第二个波谷的出现位置和第二个波峰的出现位置，具体通过在规定 延迟时间内对每条谱线幅值分别进行一阶求导，并将相邻一阶导数(称前一阶导数和后一阶 导数)值相乘，根据乘积的正负值寻找延迟时间，即当出现第一个负值时，记下获得第一个 后一阶导数的幅值对应的延迟时间，为第一个波谷的出现位置；当出现第二个负值时，记下 获得第二个后一阶导数的幅值对应的延迟时间，为第一个波峰的出现位置；当出现第三个负 值时，记下获得第三个后一阶导数的幅值对应的延迟时间，为第二个波谷的出现位置；当出 现第四个负值时，记下获得第四个后一节导数的幅值对应的延迟时间，为第二个波峰的出现 位置，对所有转基因稻米谱线的峰谷出现时间进行统计，得到转基因稻米的峰值和谷值出现 的时间，并记录为时间段1、2、3和4。
其中，规定延迟时间区域确定为-2.5到3.5ps，因为该转基因稻米样本中所有谱线出现的 时间均在该区域内。
对所有80个转基因稻米样本谱线的峰谷出现时间进行统计，得到转基因稻米的峰值和谷 值出现的时间分别：-1.136到-0.7195、-0.074到0.091、0.799到1.014和1.849到2.457，并 记录为时间段1、2、3和4。
4）对待测样本按步骤1）采集光谱，再按步骤2）和3）对平滑后数据进行搜索，寻找 峰值和谷值出现的时间是否在规定延迟时间区域（若都在规定延迟时间区域，则判断样本为 转基因稻米）。
经过搜索，该待测样本谱线的峰值和谷值出现的时间分别为-0.9325、0、0.846和2.038， 正好均落在时间段1、2、3和4内，故判定该待测样本为转基因稻米。
具体搜索峰谷的方法是：
在时间段1内寻找谷，当相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数小于零时，确 认此时间段内存在谷，并通过mark1[0]记录；在时间段2内寻找峰，当相邻一阶导数乘积为 负值，并且前面的一阶导数大于零时，确认此段内存在峰，并通过mark1[1]记录；同样方法 在时间段3和4内分别寻找谷和峰，分别用mark1[2]和mark1[3]记录；当在规定时间段内峰 谷都出现的时候，就判定为转基因稻米，否则就不是。可通过如下软件程序实现：
for(int j=temprangeB[0];j<temprangeE[0];j++)（从第1个波段范围的起始下标到终止下标， 判断是否有满足条件的值出现）
if(firstderivate[j-1].y*firstderivate[j].y<0&&!mark1[0]&&firstderivate[j-1].y<0)（在波段1内 寻找波谷，通过判断相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数小于零是否同时满足来 实现）
mark1[0]=true;（如果同时出现，就通过mark1[0]记录）
for(int j=temprangeB[1];j<temprangeE[1];j++)（从第2个波段范围的起始下标到终止下标， 判断是否有满足条件的值出现）
if(firstderivate[j-1].y*firstderivate[j].y<0&&!mark1[1]&&firstderivate[j-1].y>0)（在波段2内 寻找波峰，通过判断相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数大于零是否同时满足来 实现）
mark1[1]=true;（如果同时出现，就通过mark1[1]记录）
for(intj=temprangeB[2];j<temprangeE[2];j++)（从第3个波段范围的起始下标到终止下标， 判断是否有满足条件的值出现）
if(firstderivate[j-1].y*firstderivate[j].y<0&&!mark1[2]&&firstderivate[j-1].y<0)（在波段3内 寻找波谷，通过判断相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数小于零是否同时满足来 实现）
mark1[2]=true;（如果同时出现，就通过mark1[2]记录）
for(int j=temprangeB[3];j<temprangeE[3];j++)（从第4个波段范围的起始下标到终止下标， 判断是否有满足条件的值出现）
if(firstderivate[j-1].y*firstderivate[j].y<0&&!mark1[3]&&firstderivate[j-1].y>0)（在波段4内 寻找波峰，通过判断相邻一阶导数乘积为负值，并且前面的一阶导数大于零是否同时满足来 实现）
mark1[3]=true;（如果同时出现，就通过mark1[3]记录）
if(mark1[0]&&mark1[1]&&mark1[2]&&mark1[3])（判断mark[0-3]均为1）
mark=true;（表明波形符合要求）
return mark;（返回判断结果mark）
其中：j:循环控制变量；mark0-3:用于标识是否在四个时间段内出现相应的峰型； firstderivate[j]:数据在第j点的一阶导数；mark为布尔变量，表示是否满足“谷+峰+谷+峰”的 波形。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和 权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
机译： 区分稻米品种的底漆组合物和使用相同方法鉴别稻米品种的方法
机译： 区分稻米品种的底漆组合物和使用相同方法鉴别稻米品种的方法
机译： 食品中转基因植物DNA序列的鉴别和特定寡核苷酸，转基因产物的识别方法，生物芯片，寡核苷酸（版本）的组合和用于实施此类方法的试剂盒
