本文档属于类型a，即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是该研究的详细报告：

主要作者与机构
本研究的作者包括Yongjin Cui、Wenzhang Ge、Jia Li、Junwen Zhang、Dong An和Yaoguang Wei。他们分别来自中国农业大学信息与电气工程学院、中国国家软件与服务有限公司、中国农业大学国家玉米改良中心以及农业农村部农业信息获取技术重点实验室（北京）。该研究发表于《Computers and Electronics in Agriculture》期刊，发表日期为2019年2月22日。

学术背景
本研究的主要科学领域是农业电子与信息技术，具体涉及玉米单倍体种子的筛选技术。单倍体加倍育种（Doubled Haploid Breeding, DH育种）是玉米育种中的一项关键技术。单倍体种子的筛选是DH育种中的重要环节。目前，核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）光谱仪是测量玉米种子油含量的最成熟方法，但其速度慢、成本高、体积大，限制了其广泛应用。近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy, NIRS）技术具有速度快、成本低、体积小的优势，因此本研究旨在探索基于NIRS定量分析的玉米单倍体种子筛选方案，以满足大规模DH育种的需求。

研究流程
本研究包括以下几个主要步骤：
1. 材料与数据收集
研究采用郑单958和农大616两个玉米品种作为研究对象，这些品种由中国农业大学国家玉米改良中心提供。实验中，单倍体和二倍体种子的油含量存在显著差异（单倍体为2%-5%，二倍体为4%-7%）。使用MPA型傅里叶变换近红外光谱仪（Bruker, 德国）进行光谱采集，光谱波段范围为12,000–4000 cm⁻¹，分辨率为16 cm⁻¹。每个种子光谱扫描64次，背景每30分钟测量一次，仪器状态每24小时检测一次。同时，使用NM120-015V-I NMR成像分析仪测量种子的油含量，作为真实值。

1. 筛选方案设计
   筛选方案包括光谱预处理、建模、最优数据维度确定、异常样本消除策略、模型评估指标和阈值确定。

   • 光谱预处理：采用移动窗口平均法（窗口宽度为9）平滑原始光谱，减少噪声影响；使用一阶差分导数法（差分窗口宽度为9）避免基线漂移和背景干扰；最后进行向量归一化处理，以减轻仪器状态和样品变化引起的光谱差异。
     
   • 建模：采用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression, PLS）进行建模，其抗噪性能优于直接变量回归算法。
     
   • 最优数据维度确定：通过交叉验证确定PLS的最优维度，选择均方根误差（RMSE）最小的维度作为最优维度。
     
   • 异常样本消除策略：根据残差的F分布，以98%为阈值，消除异常样本。
     
   • 模型评估指标：包括均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）、相关系数（R）、预测值-真实值回归斜率（PTS）和正确接受率（CAR）。
     
   • 阈值确定：采用最小平方误差法确定分类阈值。

2. 模型稳定性验证
   为了验证模型的稳定性，研究提出了基于小样本集的模型监控与校准方案。通过监测RMSE值，判断模型是否稳定。如果RMSE超过阈值（0.75），则需要对模型进行校准。校准方法是通过监测集的平均差异值对回归方程的常数项进行修正。

3. 非胚侧光谱研究
   研究还探讨了非胚侧光谱的可分性。实验结果表明，使用MPA型傅里叶变换近红外光谱仪采集的非胚侧光谱无法有效用于单倍体筛选。进一步通过高光谱实验验证，发现高光谱成像系统能够从非胚侧光谱中提取足够的有效信息，证明了非胚侧光谱的可分性。

主要结果
1. 筛选方案验证结果
通过对郑单958和农大616两个品种的实验数据进行分析，结果表明，测试集的平均正确接受率（CAR）均稳定在90%以上，筛选方案具有可行性。
- 农大616的测试集CAR为96.59%和92.045%。
- 郑单958的测试集CAR为92.13%和91.755%。

1. 模型稳定性验证结果
   农大616的模型在39天内保持稳定，平均CAR始终高于90%。郑单958的模型在部分数据集中表现不佳，但通过校准后，模型的预测结果恢复正常，验证了模型监控与校准方案的有效性。

2. 非胚侧光谱研究结果
   使用MPA型傅里叶变换近红外光谱仪采集的非胚侧光谱相关性较低（相关系数约为0.7），而胚侧光谱相关性较高（相关系数高于0.9）。高光谱实验结果表明，高光谱成像系统能够从非胚侧光谱中提取足够的有效信息，验证了非胚侧光谱的可分性。

结论
本研究提出了一种基于NIRS定量分析的玉米单倍体种子筛选方案，通过实验验证了其可行性和稳定性。该方案为玉米单倍体筛选提供了一种更经济高效的解决方案，具有重要的科学价值和应用价值。此外，研究还探讨了非胚侧光谱的可分性，为未来相关研究提供了新的思路。

研究亮点
1. 提出了一种基于NIRS定量分析的玉米单倍体种子筛选方案，具有速度快、成本低、体积小的优势。
2. 设计了基于小样本集的模型监控与校准方案，有效提高了模型的稳定性和生产效率。
3. 通过高光谱实验验证了非胚侧光谱的可分性，为未来研究提供了新的方向。

其他有价值内容
本研究还详细分析了非胚侧光谱可分性差的原因，即MPA型傅里叶变换近红外光谱仪的光源强度不足以穿透胚乳淀粉层到达胚部，导致无法采集足够的有效信息。这一发现为未来改进光谱仪设计提供了重要参考。

以上是本研究的详细报告，涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学价值和应用价值。