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基于THz时域反射成像技术的玉米种子淀粉分布可视化研究

文献类型： 中文期刊

作者： 李阳;李晓琪;杨佳滢;孙丽娟;陈媛媛;余乐;吴静珠

作者机构：

关键词： 玉米种子;太赫兹时域光谱反射成像;相关系数成像法;移动窗口;淀粉

期刊名称：光谱学与光谱分析

ISSN： 1000-0593

年卷期： 2023 年 43 卷 09 期

页码：

收录情况： SCIE（2023版） ; ; EI（2023版） ; ; 北大核心（2020版） ; ; CSCD（2023-2024年度） ; ; 科技核心（2023版）

摘要： 为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系，以玉米种子主要成分淀粉为研究对象，将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合，无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。以郑单958玉米品种为例，实验通过人工老化方式（40℃, 100%RH）制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本，采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。以16.35 cm-1下THz图像为基准，采用阈值分割法精确提取种子胚乳、种胚区域，通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异，且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。应用移动窗口相关系数法（窗口宽度为20,移动步长为10）,逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数，并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图，可视化构建玉米种子淀粉分布图。实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数＞0.8的像素点占比可得：在29.83～67.36 cm-1区间内，种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势，即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。实验结果表明：太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测，该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系，无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。

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