全 文 ：Vol. 31 , No. 7
pp. 944 - 947 　July , 2005
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 31 卷 第 7 期
2005 年 7 月 　944～947 页
研究
简报 以 NIRS 定量分析甘蓝型油菜、芥菜型油菜饼粕赖氨酸含量
甘　莉　潘　哲　赵　立　徐久伟　张　玉　傅廷栋
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 ,湖北武汉 430070)
Analysis of Contents by NIRS in Brassica napus and Brassica juncea
GAN Li , PAN Zhe , ZHAO Li , XU Jiu2Wei , ZHANG Yu , FU Ting2Dong
( The National Key Laboratory of Crop Genetics and Improvement , Department of Agronomy , Huazhong Agricultural University , Wuhan 430070 , Hubei , China)
　　作物品质育种工作需要快速和准确 ,并且不破坏种子的
情况下来测定有关参数 ,但传统的品质鉴定方法在分析速度
和效率以及种子的留存上存在局限性 ,难以满足上述要求。
近 红 外 反 射 光 谱 分 析 技 术 ( near infrared reflectance
spectroscopy ,NIRS)是一种不需要对种子进行前处理 ,即可得
到几乎全部农产品品质参数的分析技术[1 ] 。NIRS 技术现已
广泛应用于农产品[2 ] 、食品[3 ] 、果汁[4 ] 、饲料[5 ] 等的分析检
测。我国该技术的应用虽起步较晚 ,但在农作物品质分析上
已取得了一些可喜的进展[6 ,7 ] 。用近红外仪测试油菜种子
的含油量、饼粕的蛋白质含量与硫甙含量 ,已基本接近和达
到化学分析所需求的精度[8 ] 。
赖氨酸是油菜饼粕利用中重要的营养物质 ,目前 ,NIRS
已应用于玉米、水稻、大豆等农作物品质的氨基酸含量测
定[1 ] 。作者从 2002 年开始以化学分析法为对照 ,探讨了
NIRS分析油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的可行性。
1 　材料和方法
111 　材料
　　2002 - 2003 年由华中农业大学油菜研究室收集甘蓝型
油菜 ( B1 napus ) 品种 (系) 535 份和芥菜型油菜品种 ( B1
juncea) (系) 198 份。
112 　赖氨酸含量的化学分析
采用茚三酮显色法[9 ]测定已脱脂的油菜籽粒饼粕赖氨
酸含量。
113 　近红外分析
11311 　光谱扫描　　仪器为 BRUKER 公司的 VECTOR 22/ N
型傅里叶变换近红外反射光谱仪。将籽粒样品盛于直径 50
mm的旋转样品池 ,在波长范围为 7 50211～4 59717 cm - 1谱
区范围内扫描 64 次 ,分辨率为 8 cm - 1 。每个样品重复装样 3
次 ,计算其平均光谱 ,储于计算机内。
11312 　模型的建立 　　由近红外 OPUS 定量分析软件包建
立模型。以实验得到光谱与对应化学值的二维矩阵为建模
数据 ,通过优化层次与建模层次 ,建立样品光谱特征与化学
值之间的数学关系即数学模型。
11313 　样品测定 　　重复 3 次装样测定光谱 (光谱扫描条
件与建模相同) ,用 OPUS 定量分析软件包建立的模型预测
待测样品的赖氨酸含量。
2 　结果与分析
211 　油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的分布
21111 　甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的分布 　　用茚三
酮显色法测定了 535 份甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量 ,范
围为 11172～36157μg/ mg ,平均含量为 20176μg/ mg。含量分
布如图 1。由图 1 可知甘蓝型油菜籽粒饼粕中赖氨酸含量大
多分布在 15100～29100μg/ mg 之间 ,小于 15100μg/ mg 及大
于 29100μg/ mg的较少。
图 1 甘蓝型油菜赖氨酸含量分布图
Fig11 The distribution of lysine content in B1 napus
基金项目 : 国家自然科学基金 (30170600)和湖北省自然科学基金 (2001ABD113)项目资助。
作者简介 : 甘莉 (1953 - ) ,女 ,湖北武汉人 ,副教授 ,硕士 ,主要从事作物品质资源和作物品质生物化学和分子生物学工作。Tel : 0272
87281507 ;Fax : 027287287209 ; E2mail : ganli @mail1hazu1edu1cn
Received(收稿日期) : 2004207216 , Accepted(接受日期) : 20042112261

图 2 芥菜型油菜赖氨酸含量分布图
Fig12 The distribution of lysine content in B1 juncea21112 　芥菜型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的分布 　　用茚三酮显色法测定了 198 份芥菜型油菜 ,籽粒饼粕赖氨酸含量范围为 16177～51139μg/ mg ,平均含量为 30139μg/ mg ,芥菜型油菜样品的赖氨酸含量分布如图 2。 　　由图 2 可知 ,油菜籽粒饼粕中赖氨酸含量大都分布在22100～39100μg/ mg之间 ,赖氨酸含量越高样品数越少。212 　赖氨酸含量近红外模型的建立21211 　甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的近红外模型 　　用OPUS软件优化并检验包含 535 份样品的赖氨酸含量模型 ,光谱预处理方法为一阶导数及多元散射法 (First Derivative+ Multiplicative Scattering Correction , MSC) 。对近红外模型进行校准检验后的模型包含 192 份样品 ,赖氨酸含量范围在14100～28100μg/ mg之间 ,平均含量为 20121μg/ mg。内部交叉检验的决定系数 ( R2 ) 为 01927 ,交叉检验均方根误差(RMSECV)为 01716 ,阶数 ( Rank) 为 9 ,最佳谱区为 7 50211～4 24617 cm - 1 (图 3、) 。由图 3 可见 ,内部检验的预测值与化学值之间有较好的拟合性 , 多分布在 16100～23100μg/ mg之间。该模型预测样品比较准确。
图 3 甘蓝型油菜赖氨酸含量近红外预测值与化学值的比较图
Fig13 Comparison of lysine contents in B1 napus measured by NIRS and chemical method
图 4 芥菜型油菜赖氨酸含量近红外预测值与化学值的比较图
Fig14 Comparison of lysine contents in B1 juncea measured by NIRS and chemical method21212 　芥菜型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量的近红外模型 　　用OPUS软件优化并检验包含 198 份样品的赖氨酸含量模型 ,光谱预处理方法为一阶导数 + 直线定标法 (First Derivative+ Straight Line Subtraction) 。对近红外模型进行校准检验后的 模型包含 114 份样品 ,赖氨酸含量范围为 21187～36144μg/mg ,平均含量为 27183μg/ mg。内部交叉检验的 R2 为019 041 ,RMSECV 为 01981 ,阶数为 8 ,最佳谱区分别为 7 50211～6 09811 cm - 1和 5 45011～4 24617 cm - 1 (图 4) 。
549　第 7 期 甘 　莉等 :以 NIRS定量分析甘蓝型油菜、芥菜型油菜饼粕赖氨酸含量 　　　

　　由图 4 可见 ,内部检验的预测值与化学值之间有较好的
拟合性 ,且多分布在 24100～34100μg/ mg 之间。说明该模型
预测样品比较准确。
213 　油菜籽粒饼粕赖氨酸含量近红外模型外部预
测值与化学值的比较
21311 　甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量近红外模型外部预
测值与化学值的比较 　　通常模型用于大量样品预测前 ,需
要进行外部检验 ,即准确测定未知样品的化学值 ,与模型预
测值相比较 ,检验其准确性。随机选取 26 份未知样品用模
型进行预测 ,化学值与预测值的比较如表 1 所示。
从表 1 的数据表明模型的外部检验值与甘蓝型油菜化
学值的拟合性较好 ,相对误差范围在 0～6145 %之间 ,NIRS法
值基本接近和达到化学分析所需求的精度。
21312 　芥菜型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量近红外模型外部预
测值与化学值的比较 　　随机选取 30 份未知样品用模型进
行预测 ,化学值与预测值的比较如表 2 所示。
表 2 数据表明模型的外部检验值与化学值的拟合性较
好。化学测试结果与模型测试相对误差在 0114 %～9178 %
之间 ,表明 NIRS法能取得和常规法相似的测试精度。
表 1 甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量模型外部检验结果
Table 1 NIRS validate results of lysine model in B1 napus (μg/ mg)
样品号
No1 NIRS测试结果NIRS result 化学值Chemicalvalue 差值Differencevalue 样品号No1 NIRS测试结果NIRS result 化学值Chemicalvalue 差值Differencevalue
1 18118 18118 0100 14 21174 22128 0154
2 17127 17139 0112 15 20137 19184 - 0154
3 18139 18126 - 0112 16 20187 21149 0162
4 22128 22144 0117 17 18168 18110 - 0158
5 17102 17119 0117 18 19117 19179 0162
6 17164 17177 0112 19 17152 18118 0166
7 19163 19188 0125 20 16119 15132 - 0187
8 18168 18197 0129 21 19179 20183 1104
9 17181 18118 0137 22 21191 20166 - 1124
10 19146 19101 - 0146 23 17172 18168 0195
11 18192 18147 - 0146 24 18122 17114 - 1108
12 17135 17177 0141 25 18126 17119 - 1108
13 20129 20175 0146 26 19188 21124 1137
表 2 芥菜型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量模型外部检验结果
Table 2 NIRS validate results of lysine model in Brassica juncea (μg/ mg)
样品号
No1 NIRS测试结果NIRS result 化学值Chemicalvalue 差值Differencevalue 样品号No1 NIRS测试结果NIRS result 化学值Chemicalvalue 差值Differencevalue
1 28190 27191 - 0199 16 32163 30164 - 1199
2 29148 29103 - 0146 17 29119 28178 - 0141
3 26154 26101 - 0154 18 32105 33109 1104
4 29140 29136 - 0104 19 31102 30193 - 0108
5 32147 35199 3152 20 29111 30169 1157
6 31143 28174 - 2169 21 36161 36128 - 0133
7 32142 32126 - 0117 22 31110 31139 0129
8 28157 27158 - 0199 23 32118 33167 1149
9 32101 32155 0154 24 31180 32105 0125
10 26167 26163 - 0104 25 28170 28162 - 0108
11 30111 28199 - 1112 26 29153 29182 0129
12 27162 28141 0179 27 29194 29182 - 0112
13 32122 32151 0129 28 33146 33109 - 0137
14 33113 32147 - 0166 29 28195 29107 0112
15 31185 32118 0133 30 23152 22124 - 1128
3 　讨论
赖氨酸是油料作物饼粕利用中重要的营养物质 ,除大豆
饼粕与油菜饼粕的赖氨酸含量相近以外 ,其他的油料作物赖
氨酸含量都较低。大豆蛋白质中为 6132 % ,花生蛋白质中为
3157 % ,棉籽蛋白质中为 413 % ,芝麻蛋白质中为 2154 % ,芥
菜型油菜蛋白质中为 619 %[10 ] 。535 份甘蓝型油菜饼粕蛋白
质中的赖氨酸含量大部分为 3178 %～7125 %(以饼粕中蛋白 质含量为 40 %计算) ,高的可达 9114 %。198 份芥菜型油菜饼粕蛋白质中的赖氨酸含量大部分为 515 %～918 % ,高的可达到 12185 %。在甘蓝型油菜中高赖氨酸含量的品种 (系) 是低赖氨酸含量的品种 (系)的 3 倍左右 ,芥菜型油菜饼粕中有的品种 (系)赖氨酸含量高达 50μg/ mg以上 ,说明高赖氨酸育种潜力很大 ,可以通过品种选育提高油菜饼粕的赖氨酸含量。阶数即为模型的主成分维数 ,反映了该成分与其他成分的相关情况 ,在油菜籽这一复杂的样品中 ,任何成分都不是
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独立的 ,都与其他成分相关。一个模型内部交叉验证的阶数
要适宜 ,太大 ,则模型包含的噪音增多 ;太小 ,有用的信息会
丢失 ,都会影响定量。OPUS软件中一般最大值设定为 10 ,阶
数的确定以 RMSECV 最小 , R2 最大为最佳。阶数为 1 时 ,即
认为该组分是独立的 ,与其他组分不相关 ,此时 RMSECV 最
大 , R2 最小 ,随着阶数的增大 ,RMSECV 逐渐变小 , R2 逐渐变
大。甘蓝型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量模型在阶数为 9 时 ,
RMSECV 和 R2 均为最佳 ,即确定该模型的最佳主成分维数
为 9。芥菜型油菜籽粒饼粕赖氨酸含量模型在阶数为 8 时 ,
RMSECV 和 R2 均为最佳 ,即确定该模型的最佳主成分维数
为 8。
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