手持式拉曼光谱仪具有特定的散射特性

美国德州农工大学（Texas A&M University）的生态农业科学家使用新的生物物理学方法加速培育优质、高产的花生。

利用拉曼（Raman）光谱技术可以缩短花生育种的漫长过程。据麦姆斯咨询报道，德州农工大学生物物理学家和植物育种专家已经证明了拉曼光谱技术可以快速检测花生中的油酸水平。油酸是一种单不饱和脂肪酸，可以延长花生的保质期，同时对心脏也有好处。

德州农工大学整合了本校系统内的一所学院和四所专注于农业和生命科学的研究州立机构，成立了全美最大的综合农业项目。

科学家们还用拉曼光谱技术鉴定植物对病虫害的抵抗力。使用拉曼光谱比标准方法能更加快速、经济、便捷地筛选花生品种的优良特性。该研究成果已发表在《自然》（Nature）期刊的子刊《科学报告》（Scientific Reports）中。

科学家Lee Sanchez用花生植株样本进行研究

“我们已经证实了这种方法在筛选过程中可以节省大量的时间，通过此方法还可以获得特定花生的‘指纹’，并从中提取出大量信息，想象空间无限。”德州农工大学花生育种研究合作者John Cason博士说。

“拉曼光谱在生物化学中很常见，但在农民和植物育种者中却鲜为人知，它携带方便、价格低廉、准确快捷，有利于向数字农业转变。”该研究的首席研究员、德州农工大学农业与生命科学学院生物化学与物理系助理教授Dmitry Kurouski博士说。

这项研究得到了农业生命研究院（AgriLife Research）和该州的大学研究计划（University Research Initiative）的资金支持。此外，德州花生生产委员会（Texas Peanut Producers Board）和西南花生剥壳协会（Southwestern Peanut Shellers Association）为Cason的小组提供了购买手持式拉曼光谱仪的资金。

拉曼光谱技术的优势

此前，如果Cason想分析植物的抗虫害性或花生的脂肪酸含量，他将要从植物中提取DNA或将样品送到异地实验室进行红外分析。Cason说，相比拉曼光谱技术，这两种方法都要花费更多的时间、成本和劳动力。

不同基因的花生种子图

（K）A.hypogaea（TxL090106-05）、（L）A.valida（30147）、（M）A.hypogaea（US# 1551Tan）（N）A.praecox（6416）、（O）A.cardenasii （10017）、（P）A.hypogaea（US# 1519 Red）

（Q）A.hypogaea（TxAG-8）、（R）A.hypogaea（Tx144932）、（S）A. gladulifera（30098）

（T）A.paraguariensis（10585）。

在该项研究中，合作者使用了市售的与鞋盒大小差不多的手持式拉曼光谱仪。拉曼光谱可测量出材料如何散射无害的激光。而每种材料都有特定的散射特性，一秒钟的扫描可提供多种分子信息线索。Cason说，操作扫描虽相对简单，但合作者仍在开发和微调分析数据的方式。

Cason小组有幸得到了Kurouski和他实验室的三位年轻科学家的培训和指导，这三位年轻科学家分别是：研究生Charles Farber、研究助理Lee Sanchez和访问学者Stanislav Rizevsky博士。

用拉曼光谱扫描花生叶，可以区分出抗线虫和易感植物，准确度约为75%。更重要的是，其对花生种子扫描可以区分出高油酸含量的品种，准确度达82%。

关于花生的研究

研究小组目前正在扩大对花生植物的研究。首要目标是使用拉曼光谱技术快速分离出对干旱条件具有较高耐受性的花生品种。该小组同时专注于扩大其营养成分的研究，以帮助培育出更多营养丰富的花生品种。

这种技术的限制之一是扫描仪需要与被扫描的材料紧密接触。Kurouski小组目前正在研究拉曼“望远镜”，以确保可以扫描距离30米（100英尺）的植物。“生物物理学家和花生育种者通常不会有交流机会，但这是一个好项目，我认为这个小组今后还会有更多的研究合作。”Cason说。
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