花生品种性状识别的新方法

人气 3030   2012-4-10 13:50

采用图像处理方法测量植物形态,不仅可以替代部分人工测量,获得更高精度的结果,而且还能够提供新的候选性状。本研究发现花生荚果图像的特征提供了有价值的更多候选性状。一个性状是否适合测试,除经济重要性以外,主要取决于品种鉴别力大小。识别率的高低在一定程度上表示一个性状区分品种的能力。一个性状的品种识别率高,自然具有高的品种鉴别力,最小值表示品种间无差异,该性状没有任何鉴别力,最大值 1 表示全部差异均表现为品种间差异,该性状有最大鉴别力。

本研究发现花生荚果图像的特征提供了有价值的品种性状,采用合适的模型能够对种子的真伪进行有效鉴别。PCA 优化特征总体上比原始统计特征具有更好的识别性能,3 大类特征中,颜色特征的识别效果明显较形态和纹理特征好。原因是采集的颜色特征数量较多,有可能是种植在不同地区土壤条件差别较大,以及品种本身遗传上的颜色差别所致。另外形态特征在品种识别中并不是好的特征,可能产地、土壤环境等影响着花生荚果的发育。采集的花生品种均来自农民的自留种,这些种子在多年的种植过程中不可避免地会产生品种的混叠,导致品种不纯,造成识别结果上的偏差,更多采集育种家种子进行进一步测试将会使检测结果更好,更有说服力

应该指出,本文只进行了一个品种不同来源的花生荚果的产地识别研究,不同品种对产地的反映也不尽相同。产地识别是产地溯源技术的重要研究内容,所取的样本容量较小,对于更广泛的产地识别需要构建更广泛的样本来源。本文的实验样本较小,每类为 100 粒带壳花生,但从模式识别角度已经满足小样分7析的基本需求,在入选的特征较多时,对 3 个不同产地的花生荚果正确识别率较高,基本达到了 100%,这是因为,首先样本类别数目较少,只有 3 个;其次备选的特征较多,最多达到了 50 个特征,如果进一步加大样本类别,减少特征识,别率必然下降,例如图 4,选用 1、2 或 3 个特征时,识别率均在 80%以下。对特征的聚类可为后续统计分析和研究带来很大的便利。聚类的目的是找出描述并区分数据类或概念的模型,以便能够用该模型预测类别未知的对象所属的类[17]。系统聚类法便是解决这类问题的一个有效方法,它是将样品或变量按照其性质上的亲疏分类的一种多元统计方法[17]。

应该说明本研究适用于 DUS 测试及遗传育种和种质资源保护领域。本文只是初步结果,在正式用于DUS 测试之前,有必要进一步扩大测试品种数量,考察候选性状的品种间多样性、品种内一致性、地点年际间稳定性。另外,贸易过程中的花生种子不仅决定于种子的真实性,同时的品质好坏也往往决定着种子价格的高低[18],进一步的研究需要充分考虑国家标准[20-21],已期获得更为理想的结果。

诚然,不同收获时间和贮藏方式会对花生荚果的颜色特征产生影响,由于采集的样品主体是农民自留种,基本上已做到充分干燥,荚果果壳的颜色受到的影响较小,但对花生籽仁的影响较大,这有待进一步的研究。另外,本文所讨论的方法对实验样本的依赖性较大,且识别结果受到各种环境因素的影响,较化学元素分析法和光谱学方法检测效果低,但不难发现本文所采用的方法检测速度快,代价低,可以预见是将来种子检验的有潜力的方法之一。

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