近红外光谱技术在玉米种子质量检验上的应用研究进展

吕巨智 石达金 唐国荣 覃永嫒 李发桥 钟昌松 邓锡肖

摘   要：玉米是世界上最重要的粮食作物之一，其种子质量的好坏直接影响粮食的产量，与食品生产安全息息相关，种子作为生产源头牵动着整个玉米产业链的发展。种子的质量还影响农作物的生存能力，是农业生产资料重要的组成部分。种子作为各种技术的关键载体，优质高产的种子对于提高食品安全和经济产量有着重要意义。随着农作物种子检测技术的不断进步，玉米的产量和质量得到有效提高。尤其是将近红外光谱分析技术应用在玉米种子检测中，使玉米种子检测质量与效果得到明显提高，为农户育种、种植及营销节省了成本，提高了经济效益。首先介绍了近红外光谱检测技术的应用原理，之后分析了近红外光谱分析技术的优缺点，最后探讨了近红外光谱分析技术在玉米种子检测中的应用。

关键词：近红外光谱技术;玉米种子;质量检验;应用;研究进展

玉米是老百姓餐桌上常见的食物，也是动物饲料及酿酒的重要原料。玉米富含人体所需的多种营养素，其中维生素B1、B2、B6，胡萝卜素和膳食纤维的含量要高于稻米与小麦，是我国最重要的粮食作物之一。提高玉米产量与质量，对农业发展和经济稳定起着至关重要的作用。随着生活质量的不断提升，人们对食品的安全性要求也不断提升，所以玉米种子的鉴定工作显得尤为重要，加强农产品种子检测工作的更新和完善势在必行。近红外光谱检测技术借助其无破坏性、测量速度快、检测数据误差小等技术优势，成为玉米种子品质检测领域的研究热点。近红外光是一种波长介于红外光和可见光之间的电磁波，通过对其分子振动光谱的分析，可以获取检测样本中组成成分的详细信息[1]。并且近红外光谱分析技术准确性高、成本低、绿色环保，因此在农产品种子检测工作中的应用效果显著，已经逐渐成为现阶段玉米种子安全检测的重要手段。

1   近红外光谱检测技术的应用原理

随着近红外光谱技术不断被相关专家重视，近红外光谱分析技术得到快速发展。近红外光是一种介于红光和可见光之间的电磁波，近红外光谱是一种分子振动由基态向高态跃迁产生的分子振动光谱。近红外光谱具有较强的穿透力，并且吸收系数较低，用其图像处理技术先得到玉米种子的轮廓，再利用近红外光谱分析技术分析波谱信息，对玉米种子进行识别分析，得到了很高的识别精度，最后建立近红外光谱识别模型数据库，这种检测办法成本低、效果好，大幅度提高了玉米种子检测工作效率。通过近红外光谱分析技术，还可以获取玉米种子的诸多信息，掌握检测样品的特点和相关成分的具体参数，因此，近红外光谱技术是玉米种子检测中一项十分重要的技术。

2   近红外光谱分析技术的优缺点

2.1   近红外光谱分析技术的优点

2.1.1   具有良好的传输性能

在实际应用中，近红外光谱分析技术具有较强的穿透力和良好的传输性能，所以其具有较高的传输速度和很强的实用性。在实际应用中可以实现多种通道的检测，并且可以在容器内完成较为理想的远程分析操作，促进了近红外光谱分析速度的提升和作用范围的拓展。

2.1.2   检测方式无损，节约检测成本

近红外光谱分析技术对玉米种子内部结构和外部组成均不会造成任何损伤，更不会对样品产生影响和污染，很好地保证了玉米种子检测结果的真实性和有效性。近红外光谱检测技术即使应用于活体检测，也不会对其造成任何损伤。因此，其在玉米检测方面的应用，不仅提升了种子检测的质量，同时由于是无损检测，也为农户节约了检测成本，在保护了企业经济效益的同时还具有良好的环境效益。

2.1.3   分析速度较快

玉米种子检测中运用近红外光谱分析技术，省去了对检测样品进行预处理的步骤，检测过程中还可以一次对多组样品同时进行检测，无论是在定量分析还是定性分析中，都大大缩短了测量时间，提高了种子检测的分析速度。同时，由于大部分种子的组成物质在近红外光区域的吸收系数普遍较小，近红外光谱分析技术的分析过程较为简单，避免了繁杂的计算步骤，相应地其分析速度更快，从而提高了种子参数的分析速度，是近红外光谱分析技术在种子检测中较为突出的特点。

2.1.4   适应性较强

首先，与传统的种子检测技术相比，近红外光谱分析技术具有较强的适应性和实用性，主要表现为不论被检测样本是固态还是半固态，近红外光谱分析技术都可以对其进行完整准确的成分检测分析，明显提高了种子的检测效率和生产效率。其次，近红外光谱分析技术在定性分析与定量分析中均能够良好地发挥其作用效果，具有更强的协同性，其检测信息更为丰富、全面，在确保种子检测结果方面具有更强的可靠性，因此，在种子检测中的适用性较强。

2.2   近红外光谱分析技术的缺点

虽然近红外光谱分析技术在玉米种子检测中具有诸多优点，并且也逐渐得到广泛的应用，但是在实际应用中仍然存在些许问题，例如，虽然近红外光谱技术可以对各种形态的种子样本进行完整的成分检测，但是检测前缺少对种子样本检测方式和形态等因素的处理，势必会对样本检测结果产生一定的影响。同时，如果一种基团吸收了近红外光谱中的多个波长，那么多组分样品的检测结果中就会出现一个波长处出现多个谱峰值重叠的情况，进而影响种子检测的结果。

3   近红外光谱分析技术在玉米种子检测中的应用

3.1   玉米种子定性分析

近几年，随着我国农业的快速发展，玉米种子的生产逐渐进入自动化阶段，各个环节的误差都有可能影响玉米生产的最终结果。近红外光谱分析技术凭借其更快的分析速度和识别能力，利用DA7200型近红外光谱仪，采用近红外反射光谱法（NIRS）测定玉米籽粒光谱值，采用偏最小二乘（PLS）回归法建立玉米籽粒粗蛋白定标模型，利用所建的近红外模型测定玉米籽粒粗蛋白含量是可行的[2]，该模型的建立可实现玉米品质育种过程中早代材料的快速、无破坏、大批量检测，提高了育种效率，因此近红外光谱技术的广泛应用与我国种子检测工作，为我国种子检测行业作出了突出贡献。

3.2   玉米种子颗粒分布检测

近红外光谱技术的不断发展和完善，在玉米种子检测环节发挥了很重要的作用，其可检测玉米种子颗粒分布情况，根据分析数据、检测数据，检测多种氨基酸并且操作简单、不易出现失误。

3.3   在玉米种子在线檢测及质量控制中的应用

在传统的食品检测中，仅仅依靠经验对玉米种子外观和性状的检测已经不能准确地进行检测工作。近红外光谱分析技术逐渐成为玉米种子检测工作中的主力军，主要表现在可以通过分析近红外光谱图的峰位、峰强等数值，对外观和性状相近的种子进一步进行成分检测;基于水分子在近红外光区域倍频、合频吸收比与其他成分不同的原理，可检测样品中水分含量的差异等[3-4]。

4   结语

随着我国农业机械化、电子化的迅速发展，种子检测工作的重要性逐渐显现。近红外光谱分析技术具有良好的传输性能、检测方式对样本不会造成损害、分析速度更快、适应性更强等特点，可以很好地节约农业经济成本，具有良好的环境效益。因此，近红外光谱分析技术在种子检测中的应用是农业高速发展的必然选择。

参考文献：

[ 1 ] 林姿伸，江青艳.对近红外技术检测玉米养分含量的模型

进行优化的探讨[J].广东饲料，2020，29（1）：38-41.

[ 2 ] 于翠红，樊翠芹，张丽，等.玉米籽粒粗蛋白近红外模型的

建立[J].河北农业科学，2019，23（6）：101-105.

[ 3 ] 蔡月芹，赵文杰，王雪.基于近红外光谱技术的玉米品种

鉴别方法研究[J].江苏科技信息，2019，36（21）：36-38，57.

[ 4 ] 高彤，吴静珠，毛文华，等.单粒玉米种子成熟度快速判别

方法[J].农业机械学报，2019，50（S1）：399-403.

基金项目：广西科技重大专项——水稻、玉米种子生理质量快速检测技术及应用研究（桂科AA17204050-5）。