[0024]
[00巧]2.實(shí)驗(yàn)儀器及耗材
[00%] 儀器設(shè)備:采用普通稱量天平稱量種子，采用德國AirsensePEN3電子鼻獲取種子 氣味圖譜。PEN3有10個(gè)金屬氧化物傳感器，分別對應(yīng)不同類型的氣體(表2)。
[0027]耗材:采用色譜用100ml頂空樣品瓶盛裝小麥種子。
[002引表2PEN3電子鼻的各傳感器性能特點(diǎn) [0029]
[0030] 3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法
[0031] 不同生活力種子區(qū)分的具體步驟為：
[0032] (1)準(zhǔn)備樣品：用天平稱取15g種子，裝入100ml頂空樣品瓶(瓶蓋中央打孔，內(nèi)配有 硅膠墊）。
[0033] (2)獲得揮發(fā)性氣體:將樣品瓶在室溫靜置90min，若室溫波動大，則將樣品瓶放在 25°C恒溫箱內(nèi)。
[0034] (3)數(shù)據(jù)采集:設(shè)置電子鼻參數(shù)為：用經(jīng)過木炭凈化的潔凈空氣清洗傳感器陣列 100秒，歸零10秒，樣品檢測60秒，采樣時(shí)間1秒/組，進(jìn)樣流量100~400ml/min(圖1)。
[0035] (4)數(shù)據(jù)分析:采集完的信號數(shù)據(jù)中，選取20~50秒之間的數(shù)據(jù)，利用主成分分析 法(PCA)或線性判別法(LDA)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理后區(qū)分不同組別的數(shù)據(jù)集。
[0036] 預(yù)測種子生活力的具體步驟為：
[0037] 1)數(shù)據(jù)采集:選取兩個(gè)小麥品種巧9鑒45"和"99品5"，每個(gè)品種各有4個(gè)生活力梯 度(表3)，按照前述方法采集氣味圖譜，重復(fù)45次。
[0038] 2)建模:每個(gè)生活力的種子取30個(gè)重復(fù)共120個(gè)數(shù)據(jù)做訓(xùn)練集，提取第40秒時(shí)10個(gè) 傳感器的響應(yīng)值為輸入矢量，發(fā)芽率為輸出矢量，使用matlab軟件建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)為10X10X1。
[0039] 3)檢驗(yàn)及預(yù)測：利用剩余15個(gè)重復(fù)共60個(gè)數(shù)據(jù)做測試集，從而得到小麥種子發(fā)芽 率BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集及預(yù)測集識別結(jié)果。
[0040] 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0041] 4.1不同生活力種子氣味信號差異
[0042] 信號采集結(jié)果表明，10個(gè)傳感器對小麥種子的響應(yīng)值存在明顯差異。晚春16" 品種為例，其中發(fā)芽率為91%的對照種子響應(yīng)值排名前Ξ位的傳感器分別為:W5S、W2S和 W1S，而發(fā)芽率39%的種子響應(yīng)值明顯降低，且排名前Ξ位的傳感器則變?yōu)?W2W、W5S和W1W (圖2)。結(jié)果證明了隨著種子生活力喪失，其揮發(fā)氣體成分發(fā)生了改變。因此，可通過氣味圖 譜區(qū)分不同生活力的小麥種子。
[0043] 4.2不同生活力種子的區(qū)分
[0044] 利用WinMuster的PCA和LDA法分析10個(gè)傳感器采集信號峰值，區(qū)分不同生活力的 小麥種子。結(jié)果表明，6個(gè)品種中有4個(gè)品種的大多數(shù)生活力梯度種子均可得到有效區(qū)分，各 品種內(nèi)不同生活力種子區(qū)分效果見表3和圖3。
[0045] 表3各生活力梯度種子區(qū)分效果
[0046]
[0047] 4.3傳感器陣列優(yōu)化
[0048] 為優(yōu)化傳感器陣列，根據(jù)各生活力梯度種子區(qū)分效果，對不同的傳感器組合進(jìn)行 了評價(jià)，發(fā)現(xiàn)僅采用W5S、W1W、W2S和W5C運(yùn)四個(gè)傳感器的信號即可達(dá)到跟10個(gè)傳感器相同的 區(qū)分效果，有時(shí)候前者甚至優(yōu)于后者（圖4,表3)，且LDA分析法優(yōu)于PCA法。W5S、W1W、W2S和 W5C運(yùn)四個(gè)傳感器分別對氮氧化合物、無機(jī)硫化物、幾基類/醇類和芳香燒控類物質(zhì)敏感，其 對種子生活力的綜合區(qū)分準(zhǔn)確率可達(dá)97.9%。
[0049] 4.4BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測未知樣品生活力
[0050] 從表4可W看出，兩個(gè)品種訓(xùn)練集和預(yù)測集各生活力梯度種子的識別準(zhǔn)確率在 90%~100%之間，其中高生活力種子的預(yù)測準(zhǔn)確率接近100%，較低生活力種子(發(fā)芽率 50%W下）的預(yù)測準(zhǔn)確率略低(93.3%)，綜合正確率為95.8%，因此，利用電子鼻技術(shù)結(jié)合 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析，可W準(zhǔn)確預(yù)測種子生活力。
[0化1] 表4小麥巧9鑒45"和巧9品5"種子各生活力梯度30個(gè)重復(fù)樣品的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別 結(jié)果
[0化2]
[0053] 可見，本發(fā)明的一種無破壞性、快速檢測小麥種子生活力的方法，可W在不接觸種 子、不對種子進(jìn)行任何預(yù)處理的情況下，通過檢測其揮發(fā)氣體的方法實(shí)現(xiàn)對小麥種子生活 力的無破壞性、快速檢測。
[0054] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在 本發(fā)明基礎(chǔ)上，可W對之作一些修改或改進(jìn)，運(yùn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的運(yùn)些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 快速無損檢測小麥種子生活力的方法，其特征在于，基于電子鼻原理，采用金屬氧化 物傳感器陣列檢測小麥種子產(chǎn)生的揮發(fā)氣體的成分，將揮發(fā)氣體的化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?號，根據(jù)電信號圖譜區(qū)分不同活力的種子，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對采集的電信號進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn) 對未知小麥種子樣品的活力檢測。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物傳感器陣列是對氮氧化合 物、無機(jī)硫化物、羰基類/醇類和芳香烷烴類物質(zhì)敏感的4個(gè)金屬氧化物傳感器組成的傳感 器陣列。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將適量的小麥種子裝入頂空樣品瓶內(nèi)密 封，靜止相應(yīng)時(shí)間后直接抽取頂空氣體，經(jīng)金屬氧化物傳感器陣列檢測。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，取10~20g小麥種子，裝入一定容積的頂空 樣品瓶內(nèi)，室溫靜置60~120分鐘后進(jìn)行測定。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，先用凈化的空氣清洗金屬氧化物傳感器陣 列，然后用進(jìn)樣針吸取樣品瓶頂空氣體，經(jīng)傳感器陣列檢測，獲得電信號值，連續(xù)測定60秒。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，氣體流經(jīng)傳感器陣列的速度為100ml/S~ 400ml/s〇7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，選取20~50秒之間穩(wěn)定的電信號數(shù)據(jù)，利 用主成分分析法或線性判別法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理后區(qū)分不同生活力梯度小麥種子的數(shù) 據(jù)集。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，每個(gè)生活力梯度小麥種子取至少30份樣品 的檢測信號訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對未知小麥種子樣品進(jìn)行生活力 檢測。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，做完每一次檢測，用凈化的空氣清洗傳感 器陣列。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述小麥種子無需經(jīng)過任何預(yù) 處理。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種快速無損檢測小麥種子生活力的方法，所述方法是基于電子鼻原理，采用金屬氧化物傳感器陣列檢測種子產(chǎn)生的揮發(fā)氣體的成分，將揮發(fā)氣體的化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺鶕?jù)電信號圖譜區(qū)分不同生活力的種子，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對采集的電信號進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)對未知小麥種子樣品的生活力檢測。利用本方法，不同生活力種子區(qū)分效率高于95％，預(yù)測準(zhǔn)確度在98％以上。本發(fā)明所用小麥種子無需經(jīng)過任何處理，檢測過程不直接接觸種子，且每次檢測耗時(shí)僅1分鐘，可實(shí)現(xiàn)小麥種子生活力的無破壞性和快速檢測。采用本方法檢測后，小麥種子可以繼續(xù)保存、播種或其它用途。
【IPC分類】G01N27/12
【公開號】CN105445333
【申請?zhí)枴緾N201510849640
【發(fā)明人】辛霞, 尹廣鹍, 陳曉玲, 張金梅, 趙婧, 盧新雄
【申請人】中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月27日