玉米籽粒品质近红外测定方法及遗传研究

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1、玉米籽粒品质近红外测定方法及遗传研究第一章文献综述1.1近红外光谱技术的理论知识近红外光(Near-infraredSpectroscopy，NIRS)是波长在780~2526nm的电磁波，是人们认识最早的非可见光区域，习惯上又将其分为近红外短波区(波长为780~1100nm)和近红外长波区(波长为1100~2526nm)。近红外光谱测量的主要是含氢基团X-H（X=C、N、O）的倍频和合频吸收[9-14]。在此区间内所有机化合物均有吸收，但因吸收强度低、谱带较复杂且重叠严重等原因，造成分析结果误差较大，在进行定性或定量分析中，须借助化学计量学的多变量校正技术[15,1

2、6]。近红外光谱因检测对象的不同，分为近红外透射光谱（波长为700~1100nm）和反射光谱（波长为1100~2500nm）。物体对光的反射分规则反射(也称镜面反射)和漫反射。漫反射光是由分析光进入分子内部后通过多次的反射、折射、衍射和吸收并返回到表面的光，因而包涵了样品的结构和组成信息[9]。漫反射光谱分析因对样品的处理较小，并将化学计量学和计算机技术有机结合，已成为一种应用广泛的光谱分析技术[17]。两种近红外光谱技术检测的样品状态不同，近红外光谱透射技术的主要应用于整粒谷物分析和液体分析，近红外漫反射技术主要分析固体样品及粘稠状度较高的样品。因此，通常所说的近红

3、外光谱分析技术主要代指近红外漫反射技术。.1.2近红外光谱技术在品质分析中的应用现代近红外光谱是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合，被誉为分析的巨人。测量信号的数字化和分析过程的绿色化又使该技术具有典型的时代特征，在农作物品质分析中发挥重要作用。第一台商用近红外分析仪问世后，近红外光谱分析方法得到了迅速发展。Oramn等[35]研究认为，以玉米粉为样品的近红外漫反射技术（1100~2500nm）建立粗蛋白和粗油分的定标模型，比较玉米籽为样品的近红外漫反射技术（1100~2500nm）及以玉米籽为样品的近红外透射（6

4、80~1235nm）建立定标模型对预测玉米样品标准性，前者的预测效果最佳。赵环环等[36]探讨了傅里叶近红外漫反射光谱技术在玉米籽粒蛋白质含量中的可行性分析，采用偏最小二乘法，结果表明所建模型的预测样品的相关系数和标准差分别为0.982和0.587%。魏良明等[37]用近红外反射光谱技术在建立了国内首个测定完整籽粒粗蛋白、粗淀粉和粗油分含量的分析模型[38]，并认为选用亲本自交系建模时样品数量相对较少，其近红外数学模型可适用于分析大量杂交种样品，提出了作物近红外光谱某些特征具有遗传性这一新的观点[39]。方彦等[40]用HN1100型近红外光谱仪分别建立了玉米籽粒和粉

5、末的粗蛋白、油分及粗淀粉含量的校正模型，其相关系性较好。此后，卢宝红、焦仁海、张新、檀其梅、曹璞等[41-49]分别分析并推广了近红外光谱测定玉米完整籽粒品质分析的可行性应用。林敏等[50]建立了基于离散余弦变换和BP神经网络的玉米近红外光谱与其蛋白质含量之间的数学模型。段民孝[51]、丁勇[52]用近红外透射光谱分析仪分析不同年份间主要品质的变异。张俊等[53]研究分析了近红外光谱技术在高油玉米中的应用。第二章材料与方法2.1建立近红外校正模型2.1.1实验材料按照建立NIRS光谱校正模型的要求，搜集整理了近二十年玉米品质中主要成分含量变幅较大的自交系材料125份，

6、包括普通自交系品种、高蛋白品种和高油玉米品种，其中20份由中国农业科学院种子库提供，并于2013年夏在河南科技学院实验田种植，45份于2012年在河南科技学院试验田种植，60份2013年冬在海南南繁基地种植。样品的粗蛋白、粗淀粉和油分含量变幅分别为8.528~15.421%、62.741~74.041%、2.226~6.381%。为减少样品间处理后保存时的差异，所有样品搜集齐后，统一脱粒、挑拣干净，放于60~65℃烘箱中干燥8小时以上，用FSC）的效果较好，淀粉适合2阶导数+标准正常化+去散射处理方式（2阶导数+SNV+Detrend），油分含量以1阶导数+散射处理（

7、1阶导数+Detrend）的效果最好。对3个定标模型进行预测，其预测相关系数分别为0.985、0.946和0.952，与化学测定方法相当。利用建好的近红外校正模型测定3个玉米组合济533/PH6WC（组合Ⅰ）、济533/H5818（组合Ⅱ）、2394/PH6WC（组合Ⅲ）的P1、P2、F1、B1、B2和F2六世代群体的蛋白质、淀粉和油分含量，利用植物数量性状主基因+多基因遗传模型分析方法对3个品质含量进行分析，探讨其遗传规律。结论如下：蛋白质含量组合I和组合Ⅲ均符合E-1模型。两个组合均以主基因遗传为主，且主基因均为负向超显性，上位性累计为负向。多基