胡見飛等

摘要[目的]利用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)結(jié)合主成分（PCA）和偏最小二乘法判別分析（PLSDA）， 研究了紅地球和皇家秋天葡萄苗葉片的紅外光譜圖

中圖分類號S11+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）21-06918-02

Identification of Two Grapes Seedlings by FTIR Combined with Chemometrics

HU Jianfei， LIU Gang et al（School of Physics and Electronic Information， Yunnan Normal University， Kunming，Yunnan 650500）

Abstract[Objective] Fourier transform infrared （FTIR） spectroscopy combined with principal component analysis （PCA） and partial least squares discriminant analysis （PLSDA） was used to study Red Globe and Autumn Royal grapes seedlings. [Method] FTIR spectra of 60 samples of 2 species of grapes were obtained， and significant differences were observed in second derivative FTIR spectra in the range of 1 800-750 cm-1. PCA and PLSDA were performed on the second derivative infrared spectra in this range. [Result] The PCA and PLSDA could be used to distinguish two kinds of grapes. PCA provided about 100% of classification accuracy， and classification accuracy of PLSDA yield was 100% for Red Globe and Autumn Royal. [Conclusion] FTIR spectroscopy combined with PCA and PLSDA could be used to discriminate Red Globe and Autumn Royal， and supply a fast and accuracy method to discriminate different grapevine cultivars seedlings.

Key wordsFTIR； PCA； PLSDA； Grapevine seedlings

基金項目國家自然科學(xué)基金項目（30960179）。

作者簡介胡見飛（1989- ），男，云南曲靖人，碩士研究生，研究方向：紅外光譜研究。*通訊作者，教授，博士，從事生物醫(yī)學(xué)光譜學(xué)方面的研究。

收稿日期20140618葡萄屬落葉藤本植物，掌狀葉，葉互生，基部心形，兩側(cè)靠攏，邊緣粗齒3～5缺裂，復(fù)總狀花序，通常成圓錐形，也叫圓錐花序，花小，黃綠色，漿果多為圓球形或橢圓球形，色澤隨品種而異。人類在很早以前就開始栽培這種果樹，產(chǎn)量幾乎占全世界水果的1/4[1]。營養(yǎng)價值很高，可制成葡萄汁、葡萄干和葡萄酒。另外，葡萄還具有抗貧血、抗毒殺菌、抗衰老、美容養(yǎng)顏等多種功效，很受消費者的喜愛。

葡萄種類繁多，種質(zhì)資源豐富。有些葡萄在外觀上沒有明顯的特征，難以分辨。常規(guī)鑒別葡萄品種的方法如葡萄葉形結(jié)構(gòu)參數(shù)測量方法[2]、微衛(wèi)星DNA標(biāo)記（SSR）[3]、SRAP技術(shù)[4]、RAPD標(biāo)記技術(shù)[5]等雖然準(zhǔn)確，但操作復(fù)雜，程序繁瑣，成本高。因此，很有必要尋找一種準(zhǔn)確、方便、快速的鑒別方法。

紅地球和皇家秋天2種果苗在市場上很普遍。紅地球果苗比皇家秋天果苗更抗病，生命力更強，所結(jié)果實味道更好，因此很受果農(nóng)和果苗經(jīng)銷商的青睞。然而，二者外觀相似，很不容易鑒別。筆者應(yīng)用FTIR技術(shù)結(jié)合主成分分析（PCA）和偏最小二乘法判別分析（PLSDA）對紅地球和皇家秋天果苗進(jìn)行品種鑒別，而應(yīng)用FTIR技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)對果苗進(jìn)行品種鑒別的研究尚未見報道。

1材料與方法

1.1儀器設(shè)備紅外光譜儀為PerkinElmer公司的Frontier傅里葉變換紅外光譜儀，掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)16次。光譜均扣除溴化鉀背景，光譜數(shù)據(jù)用Omnic8.0軟件處理，經(jīng)過基線校正、9點平滑、歸一化處理。使用Matlab 7.10.0軟件進(jìn)行主成分分析（PCA）和偏最小二乘法判別分析（PLSDA）。

1.2樣品的制備與測定供試2個葡萄品種均采自云南陸良果樹種質(zhì)葡萄苗圃。紅地球（Red Globe）30個樣品葉片編號a1～a30，皇家秋天（Autumn Royal）30個樣品葉片編號b1～b30，樣品葉片共60個。樣品用水清洗干凈后晾干。將磨細(xì)的樣品與適量溴化鉀混合后研磨，壓片測試。

2結(jié)果與分析

圖4偏最小二乘法隱不同含潛變量的識別正確率圖5偏最小二乘法隨不同含潛變量的主成分貢獻(xiàn)率3結(jié)論

該研究利用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)結(jié)合主成分和偏最小二乘法判別分析研究了紅地球和皇家秋天，發(fā)現(xiàn)樣品的原始紅外光譜存在細(xì)微的差異。選取指紋區(qū)1 800～750 cm-1范圍內(nèi)紅外光譜進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)間內(nèi)存在明顯的差異。利用該區(qū)間二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行Morlet小波主成分分析，能完全將紅地球與皇家秋天分開；而利用該區(qū)間連續(xù)小波變換做偏最小二乘法判別分析，當(dāng)潛含變量為9個時正確率最高，紅地球與皇家秋天的正確率均為100%。結(jié)果表明，主成分和偏最小二乘法判別分析應(yīng)用于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)中能夠識別紅地球和皇家秋天，有望發(fā)展為鑒別不同品種物種提供一種方便、快捷的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀普超.葡萄學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[2] 羅明華，尹克林，宋慶來.用測量統(tǒng)計判別法鑒別葡萄品種[J].落葉果樹，2005（1）：1-3.

[3] 吳子龍，王軍，沈育杰，等.8個山葡萄及山歐雜種葡萄品種的SSR分析[J].植物遺傳資源學(xué)報，2008，9（1）：105-109.

[4] 金炳奎，宗成文，曹后男，等.山葡萄SRAP技術(shù)體系的建立及其在品種鑒定中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，35（2）：1-4.

[5] 張曉瑩，張彥，房經(jīng)貴，等.利用基于DNA標(biāo)記的人工繪制植物品種鑒別圖（MCID）法快速鑒定歐亞葡萄品種[J].農(nóng)業(yè)生物科技學(xué)報，2012，20（6）：703-714.

[6] PAPPAS C S，TARANTILIS P A，HARIZANIS P C，et al.New method for pollen identication by FTIR spectroscopy[J].Applied Spectroscopy，2003，57（1）：23-27.

[7] GORGULU S T，DOGAN M，SEVERCAN F.The Characterization and differentiation of higher plants by fourier transform infrared spectroscopy[J].Applied Spectroscopy，2007，61（3）：300-308.

[8] YANG H P，YAN R，CHEN H P，et al.Characteristics of hemicellulose，cellulose and lignin pyrolysis[J].Fuel，2007，86（12）：1781-1788.

[9] POPESCU C M，POPESCU M C，SINGUREL G，et al.Spectral characterization of eucalyptus[J].Applied Spectroscopy，2007，61（11）：1168-1176.

[10] 杜甫佑，張曉昱，王宏勛，等.白腐菌降解木質(zhì)纖維素順序規(guī)律的研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，2005，13（1）：17-25.