第34卷，第10期 2014年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 10 -pp2701-2706
October,2014
Vis-NIR光谱模式识别结合SG平滑用于转基因甘蔗育种筛香
刘桂松”，郭昊淞，潘涛*，王继华”，曹干
1.光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室（暨南大学），广东广州510632 2.广东省农业科学院作物研筑所，广东广州510640
摘要以Savitzky-Golay(SG)平滑筛选，主成分分析（PCA)分别结合有监督的线性判别分析（LDA）、无监替的系统聚类分析（HCA），应用于转基因甘育种筛查的可见-近红外（Vis-NIR)无损检测。提出兼顾随机性、稳定性的定标、预测、检验框架：取由间种植处于伸长期其蔗叶样晶456个，具有Bt基因和Bar基因的转基因样品（阳)306个，非转基因样品（阴)150个；随机选取156个为检验集（阴性50、阳性106），余下为建模集（阴性100、阳性200，其300），建模集再随机划分为定标集（阴性50、阳性100，其150）、预测集（阴性50、阳性100，共150共50次：扩充SG平滑点数，同时删除绝对值偏小的高阶导数模式，共264个平滑模式用于模型筛选：采用前3个主成分两两组合，再根据模型效果选出最优主成分组合：基于所有定标、预测集划分和SG平滑模式，建立SG-PCA-LDA和SG-PCA-HCA模型，根据平均预测效果优选参数，使模型具有稳定性；最后用检验集进行模型检验。经SG平滑后，PCA-LDA和PCA-HCA的建模精度、稳定性均显著改善；最优SG-PCA-LDA模型阳性、阴性样品检验识别率分别达到94.3%和96.0%；最优SG-PCA-HC.A 模型阳性、阴性样品检验识别率分别达到92.5%和98.0%。结果表明：Vis-NIR光谱模式识别结合SG平滑
可用于转基因甘蔗叶的准确识别，提供了一种简便的转基因甘蔗育种筛查方法。关键词转基因甘蔗育种筛查；Vis-NIR光谱；SG平滑；PCA-LDA；PCA-HCA
中图分类号：0433.4：
文献标识码：A
引言
DOI: 10, 3964/j. issn. 1000-0593(2014 )10-2701-06
电磁波，主要反映的含氢基团X一H（如C一H，N一H和 0一H等)振动的倍频和合频吸收。由于近红外光谱吸收强度弱，对大多数样品，不需要进行预处理便可直接测量，在
甘蔗是主要的糖料作物，我国的蔗糖产量居世界第三位。甘蔗的附加值较高，除制糖外，还用于造纸及燃料乙醇的生产等。甘蔗多生长在高温高湿地区，易受多种有害生物的威胁，其中虫害尤为产重。随者现代农业生物技术的发展，甘蔗转基因育种日益受到重视。目前，将含有抗虫基因(Bt)和抗除草剂基因（Bar)导人入首廉中，对现有甘廉优良晶种进行遗传改良，可有效提高首薰抗虫和抗除草剂能力。在转基因甘蔗育种时，必须判定所导入的外源基因是否在甘植株成功表达。目前的基因筛查方法主要是分子生物学的检测技术，其方法复杂，需要使用多种试剂和较高的专业操作技能，不便于大规模应用。研究简便、快速的转基因筛查方法具有重要应用价值。
近红外(NIR是介于可见（Vis)和中红外（MIR)之间的收稿日期：2014-05-15，修订日期：2014-07-23
快速、实时、无损检测方面具有明显优势，成功应用于农业3.4]、食品5，6]、石油化工[7.$]、生物医学9，10]等领域。此外，近红外光谱也可以反映基因变异相关的蛋白质分子吸收信息，已成功应用于基因遗传病1]、转基因农作物11]的检测。
实际上，转基因甘蔗与非转基因甘蔗的蛋白质分子存在差异，它们都含有大量的含氢基团X一H，因此，近红外光谱可用于分析甘蔗基因变异信息，但目前还未见相关应用研究成果报道，
在近红外光谱模式识别中，为了解决数据高维数、共线
性（奇异)间题，通常需要进行降维和特征提取，本文采用带用的主成分分析(PCA)方法。考虑到一维主成分过于简单、三维以上主成分过于复杂，拟采用两维主成分的模式：选取
基金项目：国家自然科学基金项目（61078040），广东省科技计划项目（2012B031800917），广州市科技计划珠江科技新星专项
(2104J2200073），广州市科技计划项目（2014Y2-00002）)资助
作者简介：刘桂松，1990年生，暨南大学信息科学技术学院数学系硕士研究生
*通讯联系人e-mail：tpan@ jnu.edu.en
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