玉米自交系組合選配的近紅外‑中紅外快速篩選方法與流程
2023-09-16 05:37:40
本發明屬於農作物種子選育領域，特別是涉及一種玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法。
背景技術：
玉米是世界三大作物之一，其種子需求量巨大。通過作物育種改良作物遺傳特性、培育優質品種是提高作物產量、品質，促進經濟發展改善民生的有效途徑之一。當前的育種方式主要包括雜交育種、回交育種等方法，多採用系譜法來選擇優良世代和雜交優勢強的父母本，其所耗時間長，而且由於在田間試驗，試驗條件嚴苛，極易受到環境條件的影響，並且由於傳統育種方法選擇的不定向，導致收集種子等工程量浩大，極其浪費人力物力資源。因此，發展一種能夠大批量、實時、快速的能在早期篩選出目標玉米自交系組合用於育種的分析方法是非常必要的。
由於近紅外、中紅外光譜表徵的是有機分子含氫基團(C-H,N-H,O-H等)基頻、倍頻、合頻吸收，能提供分子結構和組成狀態(如蛋白質、胺基酸、澱粉和脂肪等)等信息，因此近紅外、中紅外光譜作為一種高效、快速的現代分析技術，以其非破壞性、速度快、成本低等特點以被廣泛的應用於農產品品質檢測中。但是將近紅外、中紅外光譜用於玉米自交系組合選配的技術未見報導。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種簡易、科學、篩選效率高的玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種玉米自交系組合選配的近紅外-中紅外快速篩選方法，其步驟為：
(1)準備實驗用80目粒徑大小的多個玉米自交系樣品，包括對照父本樣品A和母本樣品B；
(2)掃描步驟(1)所製備樣品的近紅外光譜和中紅外光譜，得到實驗用玉米自交系樣品的近紅外光譜和中紅外光譜；
(3)將步驟(2)得到的近紅外光譜和中紅外光譜進行融合，得到融合後的實驗用玉米自交系樣品近紅外-中紅外光譜矩陣；
(4)採用主成分分析實驗用玉米自交系樣品近紅外-中紅外光譜矩陣，得到實驗用玉米自交系樣品近紅外-中紅外光譜矩陣的得分圖；
(5)根據步驟(4)得到的實驗用玉米自交系樣品近紅外-中紅外光譜矩陣得分圖，篩選並確定與對照父本樣品A和母本樣品B相近的樣品；
(6)對步驟(5)所確定的與對照父本樣品A和母本樣品B相近的樣品進行組合選配。
而且，所述的近紅外光譜採用的波段是4000-10000cm-1。
而且，所述的中紅外光譜採用的波段是：650-4000cm-1。
本發明的優點及有益效果如下：
(1)本發明的玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法，相對於傳統的育種過程，能夠大批量、快速的在早期篩選出目標玉米自交系組合。
(2)本發明的玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法，相對於傳統的育種過程，可節約大量的人力，物力成本。
(3)本發明的方法簡易、科學、篩選效率高，可推廣到其它作物的自交系組合選配中。
附圖說明
圖1為本發明的實施例中33個玉米自交系樣品的近紅外光譜；
圖2為本發明的實施例中33個玉米自交系樣品的中紅外光譜；
圖3為本發明的實施例中33個玉米自交系樣品近紅外-中紅外光譜的主成分得分圖。
具體實施方式
本發明通過以下實施例進一步詳述。需要說明的是：下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護範圍。
一種玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法，其步驟如下：
(1)準備實驗用80目粒徑大小的33個玉米自交系樣品(序號No.1-No.33)，包括對照父本樣品No.11和母本樣品No.20；
(2)掃描步驟(1)所製備的33個玉米自交系樣品的近紅外光譜和中紅外光譜，得到實驗用玉米自交系樣品的近紅外光譜和中紅外光譜；近紅外光譜掃描波數範圍為4000-10000cm-1，中紅外光譜掃描波數範圍為650-4000cm-1；
(3)將步驟(2)得到的33個玉米自交系樣品的近紅外光譜和中紅外光譜進行融合，得到融合後的33個玉米自交系樣品的近紅外-中紅外光譜矩陣；
(4)採用主成分分析法分析步驟(2)得到的33個玉米自交系樣品的近紅外-中紅外光譜矩陣，得到33個玉米自交系樣品近-中紅外光譜矩陣的得分圖；
(5)根據步驟(4)得到的33個玉米自交系樣品近-中紅外光譜矩陣的得分圖，篩選並確定與對照父本樣品A No.11和母本樣品No.20相近的樣品；
(6)對步驟(5)所確定的與對照父本樣品No.11和母本樣品No.20相近的樣品進行組合選配。
本實施例中33個玉米自交系樣品為海南某種子公司提供。採用高速萬能粉碎機(FW100)粉碎各玉米品種，並過80目篩，裝袋備測。
本發明中的近紅外光譜採集採用美國PerkinElmer公司的傅立葉變換近紅外光譜儀，InGaAs檢測器，儀器自帶積分球附件，光譜掃描範圍為4000-10000cm-1，解析度為4cm-1，掃描間隔為4cm-1，掃描次數16。將上述製備好的樣品裝入樣品杯中，壓平，並放置在積分球旋轉樣品臺上，以積分球內置參比為背景，分別採集每一個樣品的近紅外漫反射光譜。中紅外光譜採集採用美國PerkinElmer公司的傅立葉變換中紅外光譜儀，DTGS檢測器，儀器自帶的衰減全反射(ATR)附件，掃描範圍為650-4 000cm-1，解析度為4cm-1，掃描間隔為4cm-1，掃描次數16。同樣，將上述製備好的樣品，裝入ATR晶體池中，壓平，以空氣背景，分別採集每一個樣品的衰減全反射中紅外光譜。
圖1是33個玉米自交系樣品在4000-10000cm-1區間的近紅外光譜圖。從圖上可以看出，玉米在4339cm-1、4755cm-1、5184cm-1、5744cm-1、6837cm-1和8360cm-1處存都在吸收峰。其中在5700-5560cm-1，8316cm-1吸收峰主要來自C-H伸縮振動的第一和第二泛頻吸收；5172cm-1和6840cm-1吸收峰主要來自O-H縮振動的第一和第二泛頻吸收；4744cm-1和4266cm-1吸收峰主要來自C-H伸縮振動和彎曲振動的合頻吸收。
圖2是33個玉米自交系樣品在650-4000cm-1區間的中紅外光譜圖。這些樣品在839cm-1、1006cm-1、1754cm-1、2851cm-1和2931cm-1處存在共同的特徵峰，其中，1754cm-1處為玉米中脂肪的特徵峰，主要是由羰基伸縮振動引起；2851cm-1和2931cm-1處吸收峰由脂肪族的CH伸縮振動引起；839cm-1和1006cm-1處吸收峰分別來自玉米中的乙烯類化合物和伯醇。
從圖1和圖2可以看出，所有33個玉米自交系樣品在近中紅外波數範圍內，光譜形狀、特徵峰的位置都非常相似，因此，根據這些圖譜無法篩選出與對照父本樣品No.11和母本樣品No.20相近的樣品。
為了有效的篩選與對照父本和母本相近的樣品，將33個玉米自交系樣品的近紅外光譜和中紅外光譜進行融合，得到融合後的近-中紅外光譜矩陣，並採用主成分分析法對其進行分析。前兩個主成分PC1和PC2分別解釋73.43％和21.56％原始光譜變量，圖3為33個玉米自交系近-中紅外光譜矩陣前兩個主成分PC1和PC2的得分圖。從圖3中可以看出，33個玉米自交系分為兩大類，一類位於負的PC1區域，另外一類位於正的PC1區域。而對照父本樣品No.11位於負的PC1區域，且距離其最近的樣品為：No.32、No.26和No.8；而對照母本樣品No.20位於正的PC1區域，且距離其最近的樣品為：No.31、No.22和No.21。通過上述方法初步篩選出：玉米自交系樣品No.32、No.26和No.8可以作為新的父本，玉米自交系樣品No.31、No.22和No.21可以作為新的母本。所選擇的與對照父本樣品No.11相似的樣品No.32、No.26和No.8，可與對照母本樣品No.20相似的樣品No.32、No.26和No.8之間進行相互組配。
上述參照實施例對玉米自交系組合選配的近-中紅外快速篩選方法的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護範圍。