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裂颖籽粒识别方法研究-一恒干燥箱的应用!!!

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-10-08 11:56【

水稻原产中国,是世界主要粮食作物之一。杂交水稻存在着较严重的裂颖现象,这是不育系的一种遗 传特征。在储藏过程中,裂颖种子易受环境的影响而使其生活力迅速衰退,导致发芽势、发芽率及成秧 率迅速降低,随着种子储藏时间的延长,种用价值将大大降低。目前裂颖种子识别方法主要有水选法、机器视觉技术和声学法。水选法只能应用于将要播种的水稻 种子,不利于提高种子的储藏性能。机器视觉技术通过采集种子图像,进行图像处理以检测出裂颖种子,但采集图像过程中须保证裂颖一侧正对照相设备,对拍摄环境、拍摄角度、设备等的要求都比较高,对 图像不同的处理方法,得到的识别效果差异比较明显,动态识别效果较差,且成本较高。声学特性检 测方法操作简单,但是极易受到外部噪声的干扰,因此对装备以及环境的要求较高,成本也较高。

1 材料与方法

1.1 试验样品与设备

试验水稻品种: ‘川优 6203’和‘中 1 优 188’,四川华丰种业有限责任公司生产,‘荃优 123’,安徽荃银 高科种业股份有限公司生产,‘珍稻’,湖北省蕲春县选育。 选取‘珍稻’正常、裂颖种子各 100 粒进行单因素试验; 选取‘珍稻’正常、裂颖种子各 120 粒进行正交 试验; 选取‘珍稻’‘川优 6203’‘荃优 123’‘中 1 优 188’4 个品种的水稻种子,正常、裂颖各 500 粒作为非 样本数据来进行验证。 仪器设备: 压电式加速度传感器 J14236,测量范围±50 g,频率范围 1 ~ 10 kHz,灵敏度 100 mV·g-1 ,质 量 1.86 g,IEPE 电压输出,上海北智电子技术有限公司; 恒流电压源 61000,上海北智电子技术有限公司; 数据采集卡 USB-1608FS,NI-Measurement Computing Corporation; 电子天平 FA2204B,上海精密科学仪器 有限公司; 电子数显卡尺 C14896,桂林量具刃具有限责任公司; 鼓风干燥箱 DHG9075上海一恒科学仪器 有限公司。

1.2 物理特性测试指标与种子发芽试验

1.2.1 裂颖率测试

将每个品种的水稻种子随机抽取 100 粒,人工选出裂颖种子并计算出所占比例为裂 颖率。每个品种重复 5 次取平均值。

1.2.2 尺寸测试

每个品种的水稻种子人工选出正常、裂颖各 50 粒,用电子数显卡尺测量籽粒的长、 宽、厚。

1.2.3 百粒质量测试

从每个品种的水稻种子中随机选取正常、裂颖种子各 100 粒用电子天平称量,每个 品种重复 3 次取平均值。

1.2.4 含水率测试

根据 ASAE Standard 方法对 4 个水稻品种种子进行含水率试验。每个品种各取 10 g,将其放入鼓风干燥箱中,在 130 ℃温度下烘干 19 h,从而得到每个水稻品种的含水率。含水率以湿 基表示,每个品种重复 3 次取平均值。

1.2.5 种子发芽试验及幼苗生长指标测试

根据 GB /T 3543.4—1995进行杂交水稻正常种子与裂颖种 子的发芽试验。超纯水浸种 24 h,选择直径 20 cm、高 8 cm 的培养皿进行培养。每个品种用正常种子和裂 颖种子为样本分别进行发芽试验,每个样本重复 3 次( 皿) 。发芽试验第 5 天记录发芽种子数量计算发芽 势,第 14 天记录发芽种子数量计算发芽率,并在每个样本中随机选取 5 ~ 10 株幼苗测试幼苗生长指标: 根数、平均根长、茎长、叶数、叶长( 完全叶平均值) 。 数据用 Excel 2007 进行初步整理,采用 SPSS 22 创建数据库进而对数据进行统计分析,并用独立样本 t 检验分析差异显著性。

1.3 撞击振动测试系统

测试分析系统示意图如图 1 所示。

金属薄板材料选用 65Mn 弹簧钢,钢板一端固定另一端悬空,成悬臂梁状态,传感器用万能胶固定在 钢板自由端下表面。种子在一定的高度( H) 自由下落,撞击钢板随后弹出,钢板产生振动。振动给料机安 装在高度可调节的支撑台上,并在出料口加设一段溜槽,确保种子每次撞击钢板的位置都在同一范围内。 裂颖种子通常在头部颖壳开裂较大并与内部糙米分离,而正常种子颖壳勾合紧贴内部糙米,因此为保证种 子下落时头部撞击钢板,按头朝前胚朝后的方向将种子放入振动给料机螺旋槽中,这样振动给料机在出种 时种子则会沿着溜槽头朝下胚朝上竖直下落。为保证种子撞击钢板后随即弹出,使钢板自由端向下倾斜 一定角度( 约 10°) 。

2 结果与分析

选取 4 个品种杂交水稻进行基本物理特性与发芽试验,其物理特性结果如表 2 所示,种子发芽试验结 果及幼苗生长指标如表 3 所示。 表

对每粒杂交水稻种子下落撞击振动信号进行分析并提取特征值,进而选取阈值进行分类。常用的振 动信号特征参数在时域上主要有电压最大值、最小值、绝对值最大值( 简称为最值) 、极差、均值、均方根, 能量、斜度、峰度等。

3 结论与讨论

通过测试杂交水稻种子下落撞击金属悬臂梁薄板振动信号的方法对裂颖种子籽粒进行区分试验,试 验结果发现: 当板厚为 0.25 mm、板长为 200 mm,种子下落高度为 250 mm 时识别率最高。在此组合下,采 样频率为 8 000 Hz 时,有效采样点数平均为 1 800 左右,从开始振动到信号波动趋于稳定大约需要 0.23 s, 因此,理论上单通道 1 s 可检测 4 ~ 5 粒种子信号。由于测试系统对外界环境要求较小,且若设置成多通道 则通道间几乎无相互干扰,因此可设置多路通道同时工作,以增加工作效率。因此,杂交水稻种子下落撞 击金属悬臂梁薄板的振动信号可以进行裂颖籽粒和正常籽粒的区分。 目前杂交水稻裂颖种子的识别方法主要有机器视觉和声学。机器视觉方法的研究又多为静态检测识 别,而目前已设计出的动态在线检测系统对正常种子和裂颖种子的平均正确识别率在 80%左右,处理速 度为 4 粒·s -1; 声学识别检测方法对隔音效果要求高,为避免噪音对识别效果的影响,相对而言本研 究测试系统结构较简单,外界环境噪音无影响,并且识别效果更稳定。因此本研究的杂交水稻裂颖种子识 别方法与前两者相比均有一定优势。 在给料设备上,目前本研究在检测前需人工把种子样品头部朝前排列在振动给料机的振动盘上,否则 可能识别精度会受到影响,因此给料设备还需继续改进。俞亚新等根据水稻种子表面特性及惯性特 性设计出了带有导向板的振动式排种器,实现了稻种胚胎定向排列。因此可根据目前的已有研究对给料 设备进行设计改造,使其实现水稻种子头部朝前自动定向排列功能,同时进一步对定向排列与振动给料组 合的工作效率进行试验验证。