不同品种桑叶的近红外光谱分析(附件)【字数：11965】
摘 要摘 要近红外光谱技术(NIR)是一种间接的分析技术。它可以通过建立校正模型来定性或定量分析未知样本[1]。在我国种植栽培桑树历史悠久。本课题提出了一种使用近红外光谱技术对桑树品种进行快速无损鉴别的新方法。先采集3种不同品种的桑树叶片，应用近红外光谱技术，选取全波段光谱( 900～1700 nm)，获得3个不同品种桑树的270个样本光谱数据。利用MATLAB软件，先从 270个样本中随机抽取180个样本作为校正集，剩下的90个样本作为预测集，后经过数据预处理，建立了桑树品种的偏最小二乘判别 ( PLS－DA)模型。然后对结果的敏感性（Sensitivity）、特异性（Specificity）和分类误差（Class Err）数据进行分析，均有较高的准确率，高达90%。说明应用近红外光谱技术结合 PLS－DA可以用来对桑树品种进行鉴别。关键词近红外光谱技术；桑树；品种鉴别；偏最小二乘判别分析
目 录
第一章 绪论 1
1.1 桑树 1
1.1.1 桑树的学术背景 1
1.1.2 桑树种质资源的研究 2
1.2 近红外光谱技术 4
1.2.1 分析原理及技术优势 4
1.2.2 近红外光谱的分析方法 5
1.2.3 在鉴别其他物质品种的研究进展 7
1.3 偏最小二乘法判别分析 8
1.3.1 概念及原理 8
1.3.2 判别过程 8
1.4 本研究的意义 8
第二章 材料与方法 9
2.1 实验材料 9
2.2光谱数据采集 9
2.3 光谱数据预处理 10
第三章 结果与分析 11
3.1 不同桑树品种的近红外反射光谱 11
3.2 1st DerivativeSNVMean center处理 11
3.3 1st Derivative处理 13
3.4 SNV处理 14
3.5 DetrendSNVMean Center的处理 16
3.6 SNVMean Center处理 17
结 论 19
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
参 考 文 献 21
第一章 绪论
1.1 桑树
1.1.1 桑树的学术背景
在中国，桑树有15个桑种和4个变种。桑树属于桑科(Moraceae)桑属(Morus)，是多年生植物，一经种植，多年收益。有些因叶大，肉厚多汁，为家蚕的良好饲料，有些因盛产桑葚，而桑椹可供食用、酿酒，便给人们带来了巨大的经济效益。
古代丝绸是由蚕丝（主要是桑蚕丝和少量柞蚕丝和木薯蚕丝）编织而成的。丝绸是中国的特产。中国古代劳动人民发明并制作了大规模的丝绸产品，并在世界历史上开启了第一次大规模的东西方贸易交流。自西汉以后，中国的丝绸已被大批量运往国外，成为世界著名的产品。当时，从中国到西方的主要道路被欧洲人称为“丝绸之路”，而中国也被称为“丝国”[2]。提高桑叶产量，是发展蚕桑丝绸事业的基础，蚕丝的质量就取决于蚕的品质和桑树的品质。
同时因其生长快，生物量大，耐修剪，易生根，对土壤酸碱度适应性强，耐旱、耐寒、耐瘠、保持水土的能力强，被广泛用于养蚕饲料、造纸用材和保水固土防沙等。2012年8月向仲怀院士在桑树生态产业学术研讨会上指出：在众多省区，桑树已逐渐成为石漠化治理、盐碱地治理、沙漠化治理、半干旱和干旱地区植被恢复、矿山修复的主要树种。
桑树品种鉴别有最直观的方法，就是根据它的形态外貌加以区别。桑树的特征如叶片的颜色、大小，枝条的长短、数量和颜色，节间的长短、弯曲的程度及发芽的早晚、数量等都容易受到自然条件和养殖方式的影响。桑树从直观来判断品种是需要一定的基础知识以及实践经验的，对于一般人是很难的 [3]。
除了桑叶表观特征的鉴别，还可以借助生物学方法，如蛋白质鉴定、DNA测序等。如在桑树育种时，就是要创造遗传变异性，组装不同的基因型来使树种的生长适应环境。桑树表征和其遗传多样性对于桑树的产量、质量和抗病能力是至关重要的。对于如何来评估桑树的遗传多样性有许多方法。传统方法就是在上文中提到的依据桑树的外观特征来评定其品种，这种依据形态农艺学方法区分桑树品种是十分耗时且耗力的。桑树形态特征受到少量多基因性状的控制，并且生长容易受到影响环境影响。这些都增加了桑树品种的鉴定难度。目前用于桑树品种识别的其他一些方法是基于同工酶和蛋白质电泳分析的，但是因为蛋白质多态性不是很高，蛋白质分析用于品种鉴定的效果是有限的。因此，密切相关的一些品种可能是无法区分的。与蛋白质标记物相比，以DNA为基础标记物可以不受环境影响，而且可以检测所有的发展阶段，涵盖了整个基因组。于是这种方法越来越在识别及测定植物遗传的多样性里发挥了重要作用。
1.1.2 桑树种质资源的研究
现在，中国桑树种质资源的研究主要集中在育种、药用价值、抗逆性研究和病虫害防治。
桑树育种的三大目标是高产量，高品质，高抗性。研究人员利用杂交育种，诱变育种，多倍体育种和组织培养块育种技术来改善和培育中国桑树资源。桑树育种方法也从最早的杂交选育发展到分子生物学技术和细胞工程育种。传统育种方法虽然需要的周期长，效率低，但传统育种方式是不能被取代的桑树育种的基础。现在，大多数常见的优良品种是通过常规育种或杂交育种得到的[4]。
经研究，桑树的叶片，果实，根茎，枝干等都可以药用，这些部位富含化合物，如异戊烯基黄酮，DielsAlder型加合物，芪类，多羟基生物碱，香豆素和三萜类化合物等，有降血压，抗菌，降血糖，抗肿瘤，抗病毒等药理活性[5]。
桑树还具有抗逆性如在抗旱性、抗寒性、抗碱性以及对大气的耐受性这几个方面。在抗寒性又包括两个方面，一是研究落叶后冬芽枝条耐低温的能力，二是研究在生长期间细胞抵御冷害的能力。对大气污染的耐受性又包括对氯气污染的抗性、对二氧化硫污染的抗性，以及对氟化氢污染的抗性[6]。
栽桑养蚕是传统的利用方式，近年来，传统利用方式已被突破，人们开始在医药、食品、生态修复等领域对桑树资源进行研究，使桑树资源利用呈现多元化格局。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 桑树 1
1.1.1 桑树的学术背景 1
1.1.2 桑树种质资源的研究 2
1.2 近红外光谱技术 4
1.2.1 分析原理及技术优势 4
1.2.2 近红外光谱的分析方法 5
1.2.3 在鉴别其他物质品种的研究进展 7
1.3 偏最小二乘法判别分析 8
1.3.1 概念及原理 8
1.3.2 判别过程 8
1.4 本研究的意义 8
第二章 材料与方法 9
2.1 实验材料 9
2.2光谱数据采集 9
2.3 光谱数据预处理 10
第三章 结果与分析 11
3.1 不同桑树品种的近红外反射光谱 11
3.2 1st DerivativeSNVMean center处理 11
3.3 1st Derivative处理 13
3.4 SNV处理 14
3.5 DetrendSNVMean Center的处理 16
3.6 SNVMean Center处理 17
结 论 19
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
参 考 文 献 21
第一章 绪论
1.1 桑树
1.1.1 桑树的学术背景
在中国，桑树有15个桑种和4个变种。桑树属于桑科(Moraceae)桑属(Morus)，是多年生植物，一经种植，多年收益。有些因叶大，肉厚多汁，为家蚕的良好饲料，有些因盛产桑葚，而桑椹可供食用、酿酒，便给人们带来了巨大的经济效益。
古代丝绸是由蚕丝（主要是桑蚕丝和少量柞蚕丝和木薯蚕丝）编织而成的。丝绸是中国的特产。中国古代劳动人民发明并制作了大规模的丝绸产品，并在世界历史上开启了第一次大规模的东西方贸易交流。自西汉以后，中国的丝绸已被大批量运往国外，成为世界著名的产品。当时，从中国到西方的主要道路被欧洲人称为“丝绸之路”，而中国也被称为“丝国”[2]。提高桑叶产量，是发展蚕桑丝绸事业的基础，蚕丝的质量就取决于蚕的品质和桑树的品质。
同时因其生长快，生物量大，耐修剪，易生根，对土壤酸碱度适应性强，耐旱、耐寒、耐瘠、保持水土的能力强，被广泛用于养蚕饲料、造纸用材和保水固土防沙等。2012年8月向仲怀院士在桑树生态产业学术研讨会上指出：在众多省区，桑树已逐渐成为石漠化治理、盐碱地治理、沙漠化治理、半干旱和干旱地区植被恢复、矿山修复的主要树种。
桑树品种鉴别有最直观的方法，就是根据它的形态外貌加以区别。桑树的特征如叶片的颜色、大小，枝条的长短、数量和颜色，节间的长短、弯曲的程度及发芽的早晚、数量等都容易受到自然条件和养殖方式的影响。桑树从直观来判断品种是需要一定的基础知识以及实践经验的，对于一般人是很难的 [3]。
除了桑叶表观特征的鉴别，还可以借助生物学方法，如蛋白质鉴定、DNA测序等。如在桑树育种时，就是要创造遗传变异性，组装不同的基因型来使树种的生长适应环境。桑树表征和其遗传多样性对于桑树的产量、质量和抗病能力是至关重要的。对于如何来评估桑树的遗传多样性有许多方法。传统方法就是在上文中提到的依据桑树的外观特征来评定其品种，这种依据形态农艺学方法区分桑树品种是十分耗时且耗力的。桑树形态特征受到少量多基因性状的控制，并且生长容易受到影响环境影响。这些都增加了桑树品种的鉴定难度。目前用于桑树品种识别的其他一些方法是基于同工酶和蛋白质电泳分析的，但是因为蛋白质多态性不是很高，蛋白质分析用于品种鉴定的效果是有限的。因此，密切相关的一些品种可能是无法区分的。与蛋白质标记物相比，以DNA为基础标记物可以不受环境影响，而且可以检测所有的发展阶段，涵盖了整个基因组。于是这种方法越来越在识别及测定植物遗传的多样性里发挥了重要作用。
1.1.2 桑树种质资源的研究
现在，中国桑树种质资源的研究主要集中在育种、药用价值、抗逆性研究和病虫害防治。
桑树育种的三大目标是高产量，高品质，高抗性。研究人员利用杂交育种，诱变育种，多倍体育种和组织培养块育种技术来改善和培育中国桑树资源。桑树育种方法也从最早的杂交选育发展到分子生物学技术和细胞工程育种。传统育种方法虽然需要的周期长，效率低，但传统育种方式是不能被取代的桑树育种的基础。现在，大多数常见的优良品种是通过常规育种或杂交育种得到的[4]。
经研究，桑树的叶片，果实，根茎，枝干等都可以药用，这些部位富含化合物，如异戊烯基黄酮，DielsAlder型加合物，芪类，多羟基生物碱，香豆素和三萜类化合物等，有降血压，抗菌，降血糖，抗肿瘤，抗病毒等药理活性[5]。
桑树还具有抗逆性如在抗旱性、抗寒性、抗碱性以及对大气的耐受性这几个方面。在抗寒性又包括两个方面，一是研究落叶后冬芽枝条耐低温的能力，二是研究在生长期间细胞抵御冷害的能力。对大气污染的耐受性又包括对氯气污染的抗性、对二氧化硫污染的抗性，以及对氟化氢污染的抗性[6]。
栽桑养蚕是传统的利用方式，近年来，传统利用方式已被突破，人们开始在医药、食品、生态修复等领域对桑树资源进行研究，使桑树资源利用呈现多元化格局。
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