光譜分析用于植物幼苗的體檢方法
【專利摘要】本發(fā)明的光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，涉及植物幼苗葉綠素的檢測方法，利用拉曼光譜圖像檢測平臺，檢測植物幼苗在不同堿基溶液脅迫下的葉綠素含量。有益效果是：不使用任何化學(xué)試劑，降低了檢測成本，同時不會對環(huán)境造成污染；采用拉曼光譜分析，不需要對樣品進行復(fù)雜的處理，可以達到無損鑒別的效果，并且實驗數(shù)據(jù)準確快速；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模，能夠處理大量不同介質(zhì)對于幼苗葉綠素影響的程度，節(jié)省了時間；能夠快速、準確、穩(wěn)定、實時的完成實驗，為植物幼苗的成長的實驗研究帶來很大的突破。
【專利說明】光譜分析用于植物幼苗的體檢方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物幼苗葉綠素的檢測方法，特別涉及一種光譜分析用于植物幼苗的體檢方法。
技術(shù)背景
[0002]葉綠素(chlorophyll)是一類與光合作用(photosynthesis)有關(guān)的最重要的色素。光合作用是通過合成一些有機化合物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。葉綠素實際上存在于所有能營造光合作用的生物體，包括綠色植物、原核的藍綠藻(藍菌)和真核的藻類。葉綠素從光中吸收能量，然后能量被用來將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?。因此，葉綠素多少指示了植株生長狀態(tài)、健康情況，根據(jù)指示值調(diào)整培養(yǎng)液組分。
[0003]植物的生長是一個復(fù)雜的生理生化、物質(zhì)代謝的過程，植物葉色變異是每一個植物生長中都會出現(xiàn)的問題，在植物的生長過程中必不可少的就是土壤和水，而這兩種因素在不同的環(huán)境下都存在著化學(xué)元素和堿度的明顯不同，為了檢測這些因素對植物葉綠素的影響，我國的實驗研究人員做了大量的實驗，其中大多數(shù)的檢測方法是采用近紅外光譜檢測的方法進行檢測。近紅外光譜儀是介于可見光和中紅外之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會將近紅外光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)與有機分子中含氫基團(OH、NH、CH)振動的合頻和各級倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息，而且利用近紅外光譜技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準確和成本較低，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點，因此該技術(shù)受到越來越多人的青睞。但是使用近紅外光譜檢測一顆植物的樣品時需要將所要檢測的樣品通過復(fù)雜的剪碎研磨處理后才能進行觀察，這樣的方法不僅僅破壞了植物的原始樣子，更是不能進行連續(xù)的樣品檢測，因為暴露于外部的植物內(nèi)成分很容易和空氣內(nèi)的一些物質(zhì)進行反映，從而使所檢測的光譜信息不準確，存在差異。而且對于紅外光譜來說有關(guān)葉綠素的檢測并不是十分的敏感，不能快速有效的實現(xiàn)對葉綠素的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，能夠達到無損檢測植物的光品信息，快速有效的得到植物在不同堿基溶液的培養(yǎng)下的準確的葉綠素a、葉綠素b和總體葉綠素的含量。
[0005]本發(fā)明的光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，利用拉曼光譜圖像檢測平臺，檢測植物幼苗在不同的堿基溶液脅迫下的葉綠素含量:
a、選擇正常健康的植物種粒若干顆，在室溫的情況下，放入盛有不同有機溶液的容器內(nèi)進行育種，在培育10至20天后用拉曼光譜分析；
b、根據(jù)拉曼光譜儀得到不同有機溶液下培育的植物幼苗檢測光譜圖，對全波段數(shù)據(jù)主成分分析，選用累積貢獻率95%以上主成分做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入神經(jīng)元； C、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行建模，得出植物幼苗在不同有機溶液培養(yǎng)后的葉綠素a，葉綠素b和總?cè)~綠素的含量。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有輸入層，中間層和輸出層，輸入來自主成分分析結(jié)果，輸出層是葉綠素值。
[0007]拉曼光譜，是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。拉曼光譜相對于其他光譜來說具有獨特的優(yōu)點:首先對于非極性基團c-c，C=C和S-S等紅外吸收較弱的官能團在拉曼光譜中可以得到吸收強烈的光譜帶，其次水分子的拉曼光譜信號很弱可以很容易的得到含水樣品的拉曼光譜。拉曼光譜的另一大優(yōu)點是不要求樣品具有光透性，可以很容易的得到渾濁樣品的拉曼光譜。因此拉曼光譜具有快速、樣品制備簡單、不需要研磨處理可以進行無損鑒別及檢測結(jié)果精確等諸多的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明不使用任何化學(xué)試劑，降低了檢測成本，同時不會對環(huán)境造成污染；
2、本發(fā)明采用拉曼光譜分析，不需要對樣品進行復(fù)雜的處理，可以達到無損鑒別的效果，并且實驗數(shù)據(jù)準確快速；
3、本發(fā)明通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模，能夠處理大量不同介質(zhì)對于幼苗葉綠素影響的程度，節(jié)省了時間；
4、本發(fā)明能夠快速、準確、穩(wěn)定、實時的完成實驗檢測，為植物幼苗的成長的實驗研究帶來很大的突破，為調(diào)整培養(yǎng)液的組份、滿足幼苗的生長需要，提供了依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明光譜分析用于植物幼苗的體檢方法的原理圖；
圖2為玉米幼苗在未加堿溶液中培養(yǎng)后的光譜圖；
圖3為玉米幼苗在堿協(xié)迫濃度200的溶液中培養(yǎng)后的光譜圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，本發(fā)明的光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，利用拉曼光譜圖像檢測平臺，檢測植物幼苗在不同的堿基溶液脅迫下的葉綠素含量:
a、選擇正常健康的植物種粒若干顆，在室溫的情況下，放入盛有有機溶液的容器內(nèi)進行育種，在培育10至20天后用拉曼光譜分析；
b、根據(jù)拉曼光譜儀得到堿基溶液下培育的植物幼苗檢測光譜圖，對全波段數(shù)據(jù)主成分分析，選用累積貢獻率95%以上主成分做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入神經(jīng)元；
C、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行建模，得出植物幼苗在有機溶液培養(yǎng)后的葉綠素a，葉綠素b和總?cè)~綠素的含量。
[0011]所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有輸入層，中間層和輸出層，輸入來自主成分分析結(jié)果，輸出層是葉綠素值。
[0012]如圖2、圖3所示本發(fā)明以玉米幼苗為例，對其在不同溶液培中培養(yǎng)后的幼苗進行葉綠素的分析和檢測。[0013]選擇顆粒飽滿的玉米種粒50顆，在室溫下，將其分為兩組分別至于不含堿的有機溶液和堿協(xié)迫濃度200的有機溶液(有機溶液配方為是每升水中含有下列是組份:硫酸銨48.2 g/L、硫酸鎂65.9/L、硝酸鉀18.5/L、磷酸二氫鉀24.8/L)中進行育種培養(yǎng)。在培養(yǎng)10至20天后，對玉米幼苗在不含堿的有機溶液和堿協(xié)迫濃度200的有機溶液培養(yǎng)后得到的拉曼光譜進行全波段數(shù)據(jù)主成分分析，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，選用累積貢獻率95%以上主成分做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入神經(jīng)元，通過設(shè)定中間層節(jié)點個數(shù)，進行簡單的模內(nèi)函數(shù)計算，得出玉米幼苗分別置于兩種溶液內(nèi)培養(yǎng)后的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的含量，從而根據(jù)葉綠素的含量來調(diào)整培養(yǎng)液的成份。圖2是在不含堿的有機溶液中培養(yǎng)的幼苗的譜圖；圖3是在堿協(xié)迫濃度200的有機溶液中進行育種培養(yǎng)的細苗的光譜圖。
[0014]培養(yǎng)液的配方有多種，本發(fā)明中均可以適用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)不同的種子生產(chǎn)條件進行混配，其幼苗葉綠素的檢測，本方法均適用。
【權(quán)利要求】
1.光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，其特征在于利用拉曼光譜圖像檢測平臺，檢測植物幼苗在不同的堿基溶液脅迫下的葉綠素含量，其方法如下: a、選擇正常健康的植物種粒若干顆，在室溫的情況下，放入盛有不同有機溶液的容器內(nèi)進行育種，在培育10至20天后用拉曼光譜分析； b、根據(jù)拉曼光譜儀得到不同有機溶液下培育的植物幼苗檢測光譜圖，對全波段數(shù)據(jù)主成分分析，選用累積貢獻率95%以上主成分做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入神經(jīng)元； C、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行建模，得出植物幼苗在不同有機溶液培養(yǎng)后的葉綠素a，葉綠素b和總?cè)~綠素的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜分析用于植物幼苗的體檢方法，其特征在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有輸入層，中間層和輸出層，輸入來自主成分分析結(jié)果，輸出層是葉綠素值。
【文檔編號】G01N21/65GK103674929SQ201310725083
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】蔡立晶, 趙肖宇, 尚延義, 蔡立娟, 李文勇, 孟艷君 申請人:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)