CN114916469A - 一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法。包括以下步骤：首先采集种蛋的中红外衰减全反射光谱；接着对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理，获得预处理后的中红外反射光谱；最后利用主成分分析法对预处理后的中红外反射光谱中预设光谱波段进行特征分析，获得第一、第二主成分，基于第一、第二主成分对种蛋性别进行鉴别。本发明能够在早期对种蛋性别进行鉴定，保证了蛋鸡养殖过程中的经济效益，同时避免了后期对雄性雏鸡杀害的伦理争议。
Description
技术领域
本发明涉及一种蛋鸡种蛋性别鉴定方法，尤其是涉及了一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法。
背景技术
中国是鸡蛋生产大国，鸡蛋年产量高达3000万吨。种蛋孵化是保证禽蛋生产的重要前提，但是目前在种蛋孵化过程中，由于雄性鸡不产蛋，且生长缓慢，其利用价值不高，所以绝大部分刚孵出的雄性雏鸡被搅碎用于生产饲料。这不仅增加了种蛋孵化成本，而且造成了禽蛋资源高质低用，同时引发了伦理争议。因此，对种蛋进行早期性别鉴定能够降低生产成本、避免伦理问题，对于合理利用种蛋资源，提高蛋鸡孵化效率具有重要意义。如何实现种蛋的性别鉴定是现阶段养殖业亟待解决的一个重要问题。
目前对种蛋胚胎性别的鉴定主要依赖于聚合酶链式反应(PCR)技术，这种方法虽然能对种蛋性别进行较为准确的鉴别，但该种方法通常操作时间长且步骤繁琐，不适合用于种蛋工业孵化中。此外，可根据雏鸡的伴性遗传特征进行性别鉴定，但这些方法主要依靠人的主观判断，耗时、准确度低且这些方法无法解决生产成本高和伦理争议这两类问题。
随着现代光学检测的发展，利用诸如拉曼、红外等光学方法对种蛋进行性别鉴定逐渐受到研究者们的关注。国外学者已经构建了拉曼和荧光光谱鉴别早期胚蛋性别的判别模型，并已实现工业应用；国内学者在这方面目前未取得较大突破。该问题的主要难点在于选取合适的光学检测手段以及对获取的物质光谱进行有效信息的提取。
综上所述，本领域亟待开发一种操作简单、时间短且不依靠人主观判断的种蛋早期鉴别方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法。中红外衰减全反射光谱主要反映倏逝波与物质作用信息，作用深度浅，可最大程度上避免水的影响，同时在中红外波段还能反映出一些物质的指纹谱信息。本发明利用中红外光谱，并结合简单的光谱预处理和主成分分析法对种蛋性别进行了正确的鉴定，有利于降低种蛋孵化的经济成本，避免伦理争议。
本发明的技术方案如下：
1)采集种蛋的中红外衰减全反射光谱；
2)对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理，获得预处理后的中红外反射光谱；
3)利用主成分分析法对预处理后的中红外反射光谱中预设光谱波段进行特征分析，获得主成分特征，基于主成分特征对种蛋性别进行鉴别。
所述步骤2)中采用Savitzky-Golay卷积平滑法对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理。
所述预设光谱波段为1800cm-1-1000cm-1。
所述步骤3)中的主成分特征具体为第一、第二主成分。
所述步骤3)中，基于主成分特征建立性别判别分析方程，性别判别分析方程的公式如下：
f＝PC2-0.4*PC1+1.1
其中，f为种蛋性别鉴定值，PC2为第二主成分，PC1为第一主成分；
接着利用性别判别分析方程对种蛋性别进行鉴别，当种蛋性别鉴定值大于0时，种蛋性别为雌性，当种蛋性别鉴定值小于0时，种蛋性别为雄性。
本发明的有益效果为：
本发明基于中红外光谱的鸡蛋种蛋性别鉴定方法能很好地运用于种蛋上，实验针对不同性别种蛋进行了性别的鉴定，取得了比较好的实验效果，具有一定的通用性。本发明能够快速准确地对早期种蛋进行性别的鉴定，大幅度降低了种蛋孵化过程中的经济成本并且避免了由于杀害雄性雏鸡的伦理争议。
附图说明
图1是本发明的方法示意图；
图2是本发明中随机蛋鸡样本的原始光谱和经过Savitzky-Golay卷积平滑后的光谱；
图3是本发明的随机蛋鸡样本在2500cm-1-1800cm-1波段经过Savitzky-Golay卷积平滑前后的中红外衰减全反射光谱；
图4是本发明的随机蛋鸡样本在1800cm-1-1000cm-1波段的中红外衰减全反射光谱；
图5是本发明的第0d蛋鸡在1800cm-1-1000cm-1波段的中红外衰减全反射光谱的第一和第二主成分结果图。
具体实施方式
本发明提出基于中红外光谱的鸡蛋种蛋性别鉴定方法结合附图和实施例说明如下，以下实施方式仅用于说明本发展，而非对本发明的限制，本发明的专利保护范围应由各权利要求限制。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
1)采集种蛋的中红外衰减全反射光谱；该光谱中包含与性别表达有关的物质的光谱信息，如蛋白质、性激素等。该光谱主要能够反映物质基团基频振动的合频和倍频振动吸收，并且能够反映胚胎组织表层生物信息，同时避免水的强吸收干扰。这是首次将近红外光谱技术应用于种蛋的性别鉴定。
2)种蛋的中红外衰减全反射光谱中包含一定的噪声信息，因此为了提高有效信息获取的比例，对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理，获得预处理后的中红外反射光谱；
步骤2)中采用Savitzky-Golay卷积平滑法对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理。图2的(a)和(b)分别为一个种蛋中随机选取的一条原始光谱和经过Savitzky-Golay卷积平滑后的光谱。
3)如图4所示，利用主成分分析法(PCA)对预处理后的中红外反射光谱中预设光谱波段进行特征分析，获得主成分特征，基于主成分特征对种蛋性别进行鉴别。
图3的(a)和(b)分别是2500cm-1-1800cm-1波段经过Savitzky-Golay卷积平滑前后的光谱，从图中发现仪器固有噪音较多，光谱预处理后无法去除，并且对光谱过度的平滑会降低整条光谱原有分辨率，损失有效信息。同时该波段无特征峰，不适合作为后续建模数据；而1800cm-1-1000cm-1波段中含有丰富的物质指纹谱信息，且有特征峰，适合作为后续建模数据；因此将预设光谱波段设为1800cm-1-1000cm-1。
步骤3)中，基于主成分特征建立性别判别分析方程，主成分特征具体为第一、第二主成分，性别判别分析方程的公式如下：
f＝PC2-0.4*PC1+1.1
其中，f为种蛋性别鉴定值，PC2为第二主成分，PC1为第一主成分；
接着利用性别判别分析方程对种蛋性别进行鉴别，当种蛋性别鉴定值大于0时，种蛋性别为雌性，当种蛋性别鉴定值小于0时，种蛋性别为雄性。若种蛋性别鉴定值为0时，则需要重复步骤1)-3)，对种蛋重新判别。
具体实施中，图5为第0d蛋鸡第一第二主成分得分结果图。其中第一第二主成分分别占光谱信息的95.67％和3.46％，覆盖了99.13％的光谱信息。
本发明通过和中红外光谱实现了种蛋性别鉴定，弥补了国内现阶段在这方面的研究，同时对快速实现种蛋性别鉴定起到了一定的帮助。
Claims (5)
1.一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集种蛋的中红外衰减全反射光谱；
2)对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理，获得预处理后的中红外反射光谱；
3)利用主成分分析法对预处理后的中红外反射光谱中预设光谱波段进行特征分析，获得主成分特征，基于主成分特征对种蛋性别进行鉴别。
2.根据权利要求1所述的一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法，其特征在于，所述步骤2)中采用Savitzky-Golay卷积平滑法对种蛋的中红外衰减全反射光谱进行预处理。
3.根据权利要求1所述的一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法，其特征在于，所述预设光谱波段为1800cm-1-1000cm-1。
4.根据权利要求1所述的一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法，其特征在于，所述步骤3)中的主成分特征具体为第一、第二主成分。
5.根据权利要求1所述的一种蛋鸡种蛋性别光学鉴定方法，其特征在于，所述步骤3)中，基于主成分特征建立性别判别分析方程，性别判别分析方程的公式如下：
f＝PC2-0.4*PC1+1.1
其中，f为种蛋性别鉴定值，PC2为第二主成分，PC1为第一主成分；
接着利用性别判别分析方程对种蛋性别进行鉴别，当种蛋性别鉴定值大于0时，种蛋性别为雌性，当种蛋性别鉴定值小于0时，种蛋性别为雄性。
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