脐橙黄龙病树的近红外光谱数据综合分析与应用研究

论文摘要

柑橘黄龙病对世界柑橘产业产生巨大危害,及时发现病树以采取砍树等措施是防治黄龙病的关键,实验室诊断方法由于检测周期长、成本高等原因而实用性不强,田间病树判定方法主要是观察症状,受个人经验与主观影响,尤其是在没有特异性症状的情况下,结果不可靠,导致果农质疑阻挠。本文探索建立了适用于田间的黄龙病近红外快速筛查技术,在前人基础上,开展了以下研究:1、对比选择最优的树叶光谱数据预处理方法。采集4种经过实验室经典方法确证的脐橙叶片:未染病缺素叶片、未染病不缺素叶片、染病显症叶片、染病未显症叶片。用便携式近红外光谱仪采集叶片光谱数据,再分别用不同的数据预处理方法进行处理并建模,对比模型参数选择最优的数据预处理方法。结果表明:与归一化、标准化、标准正态分布（SNV）、一阶导数、二阶导数相比,多元散射校正（MSC）法的数据预处理能力最好,总识别率达到95.0%。2、基于树叶的黄龙病近红外快速检测模型研究与应用。确定最优的数据预处理方法后,用不同的建模方法建模,对比模型参数,确定最优的建模方法。结果表明:与K邻近算法、随机森林法、朴素贝叶斯、集成学习方法相比,偏最小二乘线性判别分析的建模效果最好,总识别率达到99.47%。将该模型内置于便携式近红外快速检测仪,到田间对720个树叶样本进行预测,以经典PCR法进行参照对比,结果表明:模型的预测识别率达到97%,假阳性率小于1%。3、创新建立树皮韧皮部的标准化取皮法。为了标准化取皮,用树皮环剥器在树干纵向取皮,结果表明:树皮宽度均为0.5cm,平均长度为11.34cm,平均厚度为0.15cm。4、对比选择最优的树皮韧皮部光谱数据预处理方法。用标准化取皮法采集未染病果树树皮和染病果树树皮,用近红外光谱仪采集树皮韧皮部光谱数据,再分别用不同的数据预处理方法进行处理并建模,对比模型参数选择最优的数据预处理方法。结果表明:与标准正态分布法（SNV）、多元散射校正法（MSC）、1阶导数法（First derivative）和2阶导数法（Second derivative）相比,归一化法（Normalization）的数据预处理能力最好,对应模型的均方根误差为1.8890×10-5。5、对比不同采样部位对于黄龙病近红外快速检测模型的影响。分别在同一时间采集同一批果树的树叶和树皮,用同样的数据预处理方法进行处理,并建立模型,对比两者对应的模型参数。结果发现:用树叶光谱数据、树皮韧皮部光谱数据、“树叶+树皮”光谱数据建立的近红外检测模型,精度都较高(RMSEP在10-5量级)且依次下降,而决定系数依次增加。树叶部位采集光谱(RMSEPL=1.6909×10-5,rL2=0.9396)预测精度最高,数据拟合度最低。而综合树叶和树皮部位的光谱建立模型(RMSEPC=2.5676×10-5,rC2=0.9603),其精度虽然最低,但数据拟合度最高,只有树皮采样方案所得模型的精度(RMSEPB=1.8890×10-5)、预测能力（rB2=0.9415）都能保持在良好水平。

论文目录

• 中文摘要
• abstract
• 第1章 前言
•   1.1 柑橘黄龙病研究进展
•     1.1.1 柑橘黄龙病及其危害
•     1.1.2 柑橘黄龙病症状
•     1.1.3 黄龙病的研究阶段
•     1.1.4 病原传播
•     1.1.5 黄龙病病菌在树体的分布
•     1.1.6 柑橘黄龙病与树体营养代谢关系
•     1.1.7 柑橘黄龙病与树体转录组学、蛋白组学的关系
•     1.1.8 黄龙病与矿质元素
•     1.1.9 柑橘黄龙病与果树结构（解剖学）的关系
•     1.1.10 次生代谢产物
•     1.1.11 黄龙病的防治方法及难点
•     1.1.12 黄龙病的诊断技术
•   1.2 近红外基本原理及生命科学领域的应用
•     1.2.1 近红外技术的基本原理
•     1.2.2 近红外技术的基本技术路线
•     1.2.3 近红外光谱分析的技术优势
•     1.2.4 近红外光谱技术的劣势
•     1.2.5 仪器分类
•     1.2.6 近红外在生命科学领域的应用
•   1.3 本论文的研究内容
•   1.4 技术路线
• 第2章 基于树叶的黄龙病近红外快速诊断方法研究
•   2.1 样品
•   2.2 仪器
•   2.3 光谱采集
•   2.4 数据预处理
•   2.5 建模
•   2.6 结果分析
•     2.6.1 数据预处理方法
•     2.6.2 建模方法
•   2.7 模型应用
•   2.8 讨论
• 第3章 监测部位差异对黄龙病近红外预测模型的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 采样方式
•     3.1.2 材料
•     3.1.3 仪器装置
•     3.1.4 光谱采集
•     3.1.5 原始光谱分析
•     3.1.6 校正集和预测集
•     3.1.7 数据预处理方法
•     3.1.8 建模方法与模型评价指标
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 原始光谱图结果分析
•     3.2.2 数据预处理结果分析
•     3.2.3 柑橘黄龙病近红外快速检测模型的建立
•   3.3 讨论
• 第4章 主要结论、创新点及研究展望
•   4.1 主要结论
•   4.2 创新点
•   4.3 思考与展望
•     4.3.1 将GPS功能加载于便携式黄龙病近红外快速检测仪
•     4.3.2 原始光谱分析
• 参考文献
• 硕士期间研究成果
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹俊丞

导师: 卢占军,赖闻玲,桂家祥,殷帅文

关键词: 柑橘黄龙病,近红外,快速检测

来源: 赣南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 物理学,植物保护,园艺

单位: 赣南师范大学

分类号: S436.66;O433.5

DOI: 10.27685/d.cnki.ggnsf.2019.000022

总页数: 44

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