小麥種子種皮厚度測量方法技術

本發明專利技術公開了一種小麥種子種皮厚度測量方法。所述方法包括步驟：使用刀片直接切開小麥種子制作種子的切片；針對切片，利用紅外顯微成像系統采集小麥種子的紅外顯微光譜圖像；根據紅外顯微光譜圖像，提取能夠反映種皮和內部組織差異的小麥種子的特征圖像；對特征圖像進行處理，獲得種皮圖像；標定種皮圖像的比例尺，根據比例尺以及種皮圖像中對應種皮厚度的像素數量，計算單粒小麥種子的種皮厚度。所述方法，以簡單的操作步驟，實現了對單粒小麥種子種皮厚度的快速、準確測量；并且，制作切片簡單，不需要使用化學試劑，安全環保；不需要人工主觀判斷，避免了人為誤差；所述方法還可以應用于與其他作物(如玉米)的種皮測量，具有廣泛的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及種皮厚度測量
，特別涉及一種。
技術介紹
種子種皮是種子外面的覆被部分，由好幾層細胞組成，主要成分為纖維素，具有保護種子不受外力機械損傷和防止病蟲害入侵的作用。種皮對于種子的儲藏具有重要作用， 種子在貯藏過程中通過種皮進行水分和氣體的交換，種皮較厚會在一定程度上阻止水分和氣體的交換進而導致種子萌發率降低。種子萌發率偏低對播種、出苗產生阻礙，種子利用率降低。小麥種皮厚度會影響小麥的加工品質，特別是影響出粉率的大小。小麥出粉率是指去除麥皮后產出的面粉質量與小麥質量的比率。籽粒皮薄比皮厚的小麥容重值大，出粉率高，經濟價值高。種皮厚度也是育種過程中需要進行篩選鑒定的重要性狀，一般來說白皮麥皮薄，紅皮麥皮厚。小麥育種時育種家通常需咬開小麥用肉眼來查看種皮厚度情況。因此， 農作物種子種皮厚度的測量對選種育種、糧食加工、種子儲藏等都具有重要意義?，F有的農作物種皮厚度測量方法有用牙咬開種子目測觀察法、掃描電鏡法、顯微鏡法、測微尺法、磨粉法等。掃描電鏡測量種皮厚度的方法，需要對種子進行預處理，先把種子固定在3%的戊二醛中，再用各級酒精脫水，然后自然干燥，用導電膠帶貼在樣品臺上，鍍膜后在掃描電鏡下觀察，可清晰看到種皮的細胞結構，直接讀取種皮厚度。目前常用的顯微鏡法是在可見光下通過觀察種子顯微標本的種皮細胞并用目鏡測微尺直接讀取種皮厚度實現測量，由于種皮和胚乳部分在可見光下直接觀測差異不大， 因此需要用相應的化學試劑對種子切片進行染色，染色的目的是利于清晰地觀察種皮中不同細胞組織的形態。顯微標本制作過程細致而復雜，制作時間長，實驗條件需要嚴格控制， 制作過程應用的化學試劑會造成一定的環境污染，對實驗員技術要求較高。測微尺法是通過測量從種子上剝離下來的種皮實現種皮厚度測量，小麥的種皮不容易直接剝離，一般需要先浸泡再進行精細手工操作，種皮剝離過程時間長，浸泡過的種子種皮會膨脹，剝離下來后需烘干然后進行測量，烘干的種皮容易碎裂不利于直接測量，另外常用的螺旋測微尺的精度為O. Olmm,估讀一位到O. OOlmm,而小麥種皮厚度通常在幾十個微米左右，因此儀器本身的精度不夠，讀值時誤差較大。小麥種皮厚度本身不均勻，因此測量種皮某個位置的厚度難以反映種皮厚度的整體情況。磨粉法測量的是一定量的小麥群體種子磨粉后的麥皮重量，能間接反映種皮厚度，適用于不同品種間小麥種皮厚度的整體比較，無法實現單粒小麥的種皮厚度測量。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題本專利技術要解決的技術問題是如何提供一種，以實現對單粒小麥種子種皮厚度的快速、準確測量。(二)技術方案為解決上述技術問題，本專利技術提供一種，其包括步驟A :使用刀片直接切開小麥種子制作種子的切片；B :針對所述切片，利用紅外顯微成像系統采集小麥種子的紅外顯微光譜圖像；C :根據所述紅外顯微光譜圖像，提取能夠反映種皮和內部組織差異的小麥種子的特征圖像；D :對所述特征圖像進行處理，獲得種皮圖像；E :標定所述種皮圖像的比例尺，根據所述比例尺以及所述種皮圖像中對應種皮厚度的像素數量，計算單粒小麥種子的種皮厚度。優選地，所述步驟A具體包括步驟Al :選取飽滿的小麥種子作為測量對象；A2 :用刀片直接切取小麥種子中間部分，獲得小麥種子的切片；所述切片的兩個切面平整且平行，并且所述切片的厚度介于I. 8mm到2mm。優選地,所述步驟B具體包括步驟BI:掃描背景光譜；B2 :掃描所述切片的顯微可見圖像；B3 :在所述顯微可見圖像中選擇檢測區域并進行定位，然后在12500 2000CHT1光譜范圍內進行紅外光譜圖像掃描，獲得小麥種子的紅外顯微光譜圖像。優選地，所述步驟C具體包括步驟Cl :根據所述紅外顯微光譜圖像，獲得小麥種子的平均吸光度圖像、單波長圖像或者峰比率圖像；C2:根據所述平均吸光度圖像、單波長圖像或者峰比率圖像，獲得能夠反映種皮和內部組織差異的小麥種子的特征圖像。優選地，所述步驟D具體包括步驟Dl :將所述特征圖像轉化為灰度圖像；D2 :選取閾值對所述灰度圖像進行二值化處理，實現小麥種子與背景的分離，并得到二值化圖像；D3:對所述二值化圖像進行形態學圖像處理，去掉非種皮區域的圖像，得到種皮圖像。優選地,所述步驟D2中，采用Otsu算法選取所述閾值。優選地，所述步驟D3中，采用腐蝕、膨脹、腐蝕與膨脹相結合或者重構的方法對所述二值化圖像進行形態學圖像處理。優選地,所述步驟E具體包括步驟El :標定所述種皮圖像的比例尺；E2 :計算所述種皮圖像中對應種皮厚度的像素數量；E3 :根據等比例原理，由所述種皮圖像的比例尺和對應種皮厚度的像素數量，計算單粒小麥種子的種皮厚度。優選地，所述步驟El中，根據所述切片的最大直徑，以及所述最大直徑對應的像素數量，標定所述種皮圖像的比例尺；或者通過同步采集已知尺寸的標準板的圖像，標定所述種皮圖像的比例尺。優選地，所述步驟E2中，通過計算多處種皮厚度對應的像素數量平均值的方式， 獲得所述種皮圖像中對應種皮厚度的像素數量；或者根據種皮區域像素數和種皮周長，等效獲得所述種皮圖像中對應種皮厚度的像素數量。(三)有益效果本專利技術的，通過采集小麥種子切片的紅外顯微光譜圖像，并根據所述紅外顯微光譜圖像進行處理和計算，以簡單的操作步驟，實現了對單粒小麥種子種皮厚度的快速、準確測量。并且，所述方法不需要使用化學試劑，安全環保；制作切片操作簡單，不需要進行石蠟包埋處理；所述方法不需要人工主觀判斷，避免了人為誤差；所述方法還可以應用于其他作物(如玉米)的種皮測量，具有廣泛的應用前景。附圖說明圖I是本專利技術實施例所述的流程圖；圖2是本專利技術實施例所述小麥種子的平均吸光度圖像示意圖；圖3是本專利技術實施例所述種皮圖像示意圖；圖4是本專利技術實施例所述的比例尺標定方法示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。圖I是本專利技術實施例所述的流程圖。如圖I所示，所述方法包括步驟A :使用刀片直接切開小麥種子制作種子的切片。所述步驟A具體包括步驟Al :選取飽滿的小麥種子作為測量對象。步驟A2 :用刀片直接切取小麥種子中間部分，獲得小麥種子的切片；所述切片的兩個切面平整且平行，并且所述切片的厚度介于I. 8mm到2mm。需要說明的是，所述切片不需要進行石蠟包埋，相比傳統方法，操作步驟更加簡單。本實施例中選用的小麥種子的品種包括農大195、京冬17和揚州13。所選種子均籽粒飽滿，并且在執行步驟A2前，小麥種子的表面均被清理干凈。對于上述3個品種，共取4個切片農大195和京冬17各取I個切片，揚州13從兩粒種子中取兩個切片。后續對所述4個切片均按照相同的步驟分別進行測量。步驟B:針對所述切片，利用紅外顯微成像系統采集小麥種子的紅外顯微光譜圖像。本實施例所用實驗儀器是傅里葉變換紅外顯微成像系統。打開儀器電源之前，須加液氮冷卻MCT (mercury cadmium telluride，紅外光譜儀檢測器的一種)檢測器。打開儀器電源和電腦，查看顯微鏡能量值并作記錄，若能量值達不到標準要求，儀器會自動給出警告信息。打開儀器參數設置窗口，選擇光路和激發光波段，選用近紅外波段NIR。調節焦距，設置實驗參數，各參數為成像本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱大洲，于春花，王成，王曉冬，潘大宇，羅斌，
申請(專利權)人：北京農業智能裝備技術研究中心，
類型：發明
國別省市：