Resonon | 利用Resonon Pika L高光谱成像估算玉米叶片氨基酸含量

来源：理加联合科技有限公司分类：商机 2022-10-18 12:39:07 288阅读次数

玉米是世界上最重要的作物之一。在玉米生长过程中，氮（N）是最重要的营养元素之一。玉米叶片中N转运主要以谷氨酰胺的形式进行。玉米产量与灌浆期叶片中的谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺等氨基酸具有很好的相关性。因此，准确快速估算玉米叶片氨基酸含量对于提高玉米产量和N利用效率至关重要。分光光度法、化学分析法和质谱法是确定氨基酸含量的主要方法，具有高灵敏度和高准确度。然而，这些方法会破坏样品，且需要复杂的样品处理过程，通量低，成本高。高光谱成像技术因其快速、高通量和无损式测量成为估算作物生理生化参数的新方法，且已广泛用于作物表型性状的高通量筛选。然而，目前利用高光谱数据估算新鲜玉米叶片氨基酸含量的研究十分有限。

基于此，为填补研究空白，在所附的文章中，中国农业大学的研究团队以新鲜玉米叶片为研究对象，探索了高光谱成像技术估算其氨基酸含量的可行性。考虑到施氮量对玉米叶片氨基酸含量的极大影响，作者设置了两个变量施氮实验。利用Resonon Pika L高光谱成像仪（光谱范围为400-1000 nm）采集玉米叶片的高光谱图像，并测量了玉米叶片24种氨基酸含量。作者利用NDVI从背景中分离出绿色叶片（高光谱图像预处理），利用Savitzky-Golay滤波进行去噪（数据预处理）。在模型建立过程中，作者首先通过样本变异系数（CV）和偏最小二乘回归（PLSR）筛选了各氨基酸含量的敏感波段范围和特征波段。然后，基于全波段反射率、敏感波段范围和特征波段分别对24种氨基酸含量进行建模，最后利用未参与建模的样本验证各估算模型，选出各氨基酸含量的最佳估算模型。

高光谱图像采集系统

结果

测试集部分氨基酸含量最佳预测模型实测值与预测值关系散点图。

结论

PLSR回归系数检验发现，大多数氨基酸特征波段主要集中在505.39-604.95 nm和651.21-714.10 nm。基于全波段反射率、敏感波段范围和特征波段分别对24种氨基酸含量进行建模和验证。选出各氨基酸含量的最佳估算模型。结果表明，b-氨基丁酸、鸟氨酸、瓜氨酸、蛋氨酸和组氨酸含量的估算精度优于其它氨基酸，测试集R2，RE和RPD范围为0.84-0.96，8.79%-19.77%和2.58-5.18。肌氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、苏氨酸、亮氨酸、天冬氨酸含量的估算精度正常，测试集R2，RE和RPD范围为0.58-0.73，23.23%-39.69%和1.56-1.94。其它氨基酸模型性能相对较差。该研究为基于高光谱技术监测育种材料性状提供了参考。

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