基于近红外快速检测技术的谷子淀粉多样性分析及模型构建

　　

摘要：

建立谷子种质资源品质性状的快速、高效检测对挖掘具有优异品质性状的资源具有重要意义。本研究选取来自于国内外不同生态区谷子种质资源657份，采用双波长法测定种子的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量，在此基础上选择550份种质用Unscrambler X 10.4化学计量软件构建直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的近红外模型，利用标准正常化结合散射处理(SNV and Detrend)和一阶求导导数处理参数对原始光谱进行预处理，用偏最小二乘法(PLS)构建光谱模型。试验结果表明，657份谷子种质的直链淀粉含量为2.99%~22.40%，平均值为16.25%；支链淀粉含量为52.77%~76.09%，平均值为59.56%；总淀粉含量为62.53%~83.31%，平均值为75.81%；直支比为0.04~0.40，平均值为0.28。国外种质的直链淀粉和总淀粉的变异系数最高，分别为30.08%、5.07%；与国内种质相比，国外种质的平均支链淀粉和总淀粉含量最低，平均值为59.20%、75.19%，幅度范围为54.65%~65.76%、64.65%~82.38%。国内5个生态区谷子种质的淀粉含量差异明显，内蒙古高原区直链淀粉、总淀粉和直支比的变异系数最高，分别为29.40%、4.07%、30.77%；东北春谷区种质的支链淀粉的变异系数最高，为6.00%；南方谷子栽培区种质的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和直支比的变异系数最低，分别为8.21%、4.40%、2.97%和10.71%。本研究筛选出的高直支比和高支链淀粉含量在前5名的材料均来自于华北夏谷区、黄土高原区和东北春谷区，其中黄土高原区二毛尖的直支比和直链淀粉最高(0.40、22.40%)，华北夏谷区半芒红谷的支链淀粉含量最高(76.09%)。直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的近红外预测模型校正相关系数(R²_cal)分别为0.910、0.848和0.717，交叉验证决定系数(R²_cv)分别为0.902、0.830和0.675，外部验证决定系数(R²_val)分别为0.903、0.826和0.702，定标标准误差(SEC)分别为1.156、1.234和1.367，交叉检验标准误差(RMSECV)分别为1.208、1.288和1.471，验证标准偏差(RMSEP)分别为1.130、1.260和1.649，外部验证相对分析误差(RPD)分别为3.415、2.539和1.765，最佳因子分别为9、10、10。研究表明，国内外不同生态区的谷子种质在淀粉含量上呈显著多样性，且本研究开发的近红外光谱(NIRS)模型可用于预测谷子的直链淀粉和支链淀粉含量，总淀粉含量虽然可以粗略预测，但仍需进一步的调整和优化以提高准确性。