科研产出
激光诱导击穿光谱技术对水稻产地识别研究
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：水稻是中国主要粮食作物，而水稻品质与其生长的外部环境如土壤特性、气候、日照时间和灌溉水等环境息息相关，高品质水稻的产地区域面积有一定地域限制，因此水稻可看成为是一个明显的地理标志物。市场常出现一些假冒或者贴牌的知名优质水稻出售，损害了水稻品牌，降低了消费者的水稻品质保障，并且扰乱了市场稳定性，因此对于水稻产地快速识别技术的需求十分迫切。利用LIBS结合机器学习算法，对吉林省5个产地（大安、公主岭、前郭、松原、洮儿河）的水稻进行产地识别，建立了主成分分析（PCA）算法分别结合Bagged Trees、 Weighted KNN、 Quadratic SVM和Coarse Gaussian SVM共四种机器学习算法的水稻产地识别模型。实验选取了5个水稻产地共450组在200～900 nm的LIBS数据，对水稻LIBS光谱数据采用卷积平滑（S-G平滑）进行降噪和特征谱线归一化预处理，对水稻LIBS光谱数据进行主成分分析，实现了水稻产地具有较好的聚类空间集群分布，但部分水稻产地存在空间重叠。采用5倍交叉验证，采用PCA-Bagged Trees、 PCA-Weighted KNN、 PCA-Quadratic SVM和PCA-Coarse Gaussian SVM共四种机器学习模型，水稻产地的识别精度均达到91.8%以上，并且PCA-Quadratic SVM模型的识别精度高达97.3%。结果表明结合LIBS技术和机器学习算法能够高精度和高效率实现水稻产地的识别。
关键词： 激光诱导击穿光谱 机器学习算法 水稻产地识别 识别精度
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花生红衣中反式白藜芦醇对HEK293T细胞抗氧化的影响
《中国食品学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：目的:分析花生红衣中的白藜芦醇成分,探究其主要成分反式白藜芦醇(RES)对人胚胎肾细胞293(HEK293T)抗氧化的影响及其潜在的分子机制.方法:采用超声波辅助酶法提取花生红衣中的白藜芦醇,采用高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)技术分析花生红衣中白藜芦醇粗提液的组成成分.通过测定细胞活力,检测RES对HEK293T细胞的最高毒性.通过荧光素酶报告基因试验及免疫印迹试验检测其对Keap1-Nrf2-ARE抗氧化信号通路的影响,以DPPH自由基清除率评价其体外抗氧化能力.结果:HPLC-MS结果表明,花生红衣中含有白藜芦醇苷、白皮杉醇和RES.由于白藜芦醇在自然界中主要以反式白藜芦醇形式存在,因此选择RES进行后续试验.细胞存活力检测结果表明,RES对HEK293T细胞的最高无毒浓度为50μmol/L,体外抗氧化作用呈浓度依赖性.荧光素酶报告基因分析表明,RES显著诱导了ARE介导的转录激活.免疫印迹结果显示,RES能诱导Nrf2介导的3个抗氧化蛋白表达[血红素氧合酶1(HO-1)、醌氧化还原酶1(NQO1)和谷氨酸半胱氨酸连接酶(GCLM)]表达.此外,DPPH自由基清除率测定结果表明,RES能有效清除DPPH自由基,具有体外抗氧化能力.结论:花生红衣中白藜芦醇的主要成分RES对HEK293T细胞有抗氧化作用,可通过Keap1-Nrf2-ARE信号通路激活潜在的抗氧化活性.
关键词： 花生红衣 白藜芦醇 HEK293T 高效液相色谱-质谱联用 Keap1-Nrf2-ARE信号通路 抗氧化
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基于FMV 35S的数字聚合酶链式反应方法定量检测转基因作物
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：以含有FMV 35S标记基因的大豆转化体MON87705为材料，利用实时聚合酶链式反应（real-time polymerase chain reaction,real-time PCR）和数字PCR（digital PCR,dPCR）技术，建立一种转基因作物的定量检测方法。通过real-time PCR法对扩增体系测试，建立的检测方法对FMV 35S标记基因具有高度特异性；利用双重微滴式dPCR进行定量检测参数的测定，结果表明：在基因组DNA 0.005～20 ng/μL质量浓度范围，靶标基因的测量拷贝数与理论拷贝数具有良好的线性关系；dPCR方法对FMV 35S标记基因的检出限可达到5 copies，定量限为0.1%。利用两个dPCR平台，对不同含量的转基因作物的盲样进行测定，内标准基因和外源特异性片段的双重、三重测定，均获得准确的定量结果，数据可靠，再现性良好。因此本研究建立的基于筛选标记基因FMV 35S的转基因dPCR定量检测方法在满足转基因成分定量检测标准的参数要求的同时，能够进一步提高检测效率，可为转基因作物成分定量提供一种准确、简便的检测技术。
关键词： 转基因 筛选标记 数字PCR FMV 35S 定量检测
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基于高光谱图像技术的高粱品种识别研究
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：高粱是酿造白酒的重要原料，高粱内的成分对白酒中微量成分含量和品质十分重要，并且高粱品质影响着白酒的质量和风味，因此，无损快速鉴别高粱品种对于提高白酒质量是个迫切需要的重要问题。采用高光谱成像技术结合机器学习算法对高粱品种进行分类鉴别，通过高光谱成像技术，获取了10个品种高粱的高光谱谱线以及图像纹理数据。采用多元散射校正（MSC）对光谱进行预处理，并用连续投影算法（SPA）筛选出62个特征波段，采用灰度共生矩阵提取高粱的4种纹理特征，分别以高光谱数据和光谱-图像数据融合，采用PLS-DA、 SVM、 ELM和RF等4种机器学习算法模型对10个高粱品种进行分类识别。结果表明，高光谱经MSC预处理后，用SPA降维提取的高光谱特征波段可以代表全光谱的数据信息，提高了PLS-DA模型识别高粱品种的稳定性。10个品种高梁的分类准确度从67.58%提高到93.85%,识别精度提升了27%。高光谱数据与图像纹理特征数据融合后，PLS-DA基于模型全光谱和特征谱段的高粱品种分类识别精度分别提升到96.47%和97.16%,相比于单一的高光谱数据更适用于高粱品种分类识别。相比于SVM、 ELM和RF三种分类机器学习算法模型结果，PLS-DA机器学习算法模型的高粱品种分类识别精度最好。研究证明了高光谱成像技术结合机器学习算法在高粱品种鉴别中的有效性，可实现快速精确的高粱品质检测。
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寒地沙棘种质资源果实品质分析与综合评价
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为寒地沙棘种质资源开发利用、新品种选育提供科学依据,开展寒地沙棘种质资源果实品质分析及综合评价,筛选果实品质优异的沙棘资源.以 22份寒地沙棘种质资源果实为试材,测定果实 10项品质指标,进行变异分析、相关性分析、主成分分析和系统聚类分析,构建综合评价模型,计算果实品质综合得分并排序.不同沙棘种质资源果实品质指标变异系数分布在 9.339%~62.528%之间,其中糖酸比变异程度最大,果实横径变异程度最小.各个品质指标间存在不同程度的相关性.主成分分析提取了 3个主成分,累积贡献率为 86.053%.根据 3个主成分得分和相应的权重进行线性加权,建立了沙棘种质资源果实品质综合评价模型,综合得分较高的是'小柳树'、'侍丛'、'向阳'、HS-12.系统聚类分析将 22份沙棘种质资源分为 3类,分类结果与主成分综合评价结果基本一致.综合评价模型得出:'小柳树'、'侍丛'、'向阳'、HS-12为寒地沙棘优异种质资源,研究结果为沙棘种质资源利用与新品种选育提供参考依据.
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玉米秸秆还田和有机配施提高黑土酸中和容量
《地理学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD CSSCI
摘要：长期施用化肥导致农田黑土酸化、盐基离子耗竭、养分失衡及作物重金属污染等诸多问题.本文依托吉林公主岭国家黑土肥效监测基地25 a的施肥试验,研究了不施肥对照(C)、N、NP、NK、PK、NPK、厩肥—化肥配施(MNPK)、玉米秸秆还田(SNPK)等8个施肥处理对土壤酸中和容量(ANC)的影响,N、P、K施用量分别为 165 kg hm-2 a-1、36 kg hm-2 a-1、68.5 kg hm-2 a-1,MNPK和SNPK处理与NPK处理为等N量.结果表明,施化肥导致表土pH下降0.37~1.39,MNPK和SNPK处理分别提高土壤pH值0.21和0.53.以pH 5.0为参比,N、NP、NK、PK、NPK各处理的酸中和容量ANCpH5.0分别为对照的42.85%、61.79%、54.05%、82.26%、63.68%;MNPK处理的ANCpH5.0是对照的1.86倍;加酸160 mmol kg-1,SNPK处理的土壤pH值仅从7.65降至6.42,表现出极强的酸中和能力.SNPK和MNPK处理的土壤交换性盐基总量SEB分别是对照的1.37和1.14倍,土壤有机质SOM分别是对照的1.32和1.63倍,二者是提高土壤ANC主要原因.总之,有机物料添加显著提高了黑土抗酸化性能及土壤基础肥力水平,研究结果可为东北黑土区玉米秸秆还田保护性耕作及有机肥部分替代化肥实践提供长期试验的理论依据和数据支撑.
关键词： 黑土 土壤肥力 土壤酸化 酸缓冲容量 玉米秸秆还田 有机肥
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近红外光谱的玉米种子穗腐病特征提取与判别模型研究
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米种子穗腐病是危害玉米产量的主要病害之一.利用近红外光谱开展了玉米种子穗腐病判别模型研究.246粒玉米种子由吉林省农业科学院海南育种基地提供,其中96粒玉米种子为穗腐病染病样本,其他150粒玉米种子为同种玉米正常样本.利用M A T RIX-Ⅰ型傅里叶近红外光谱仪采集了样本800~2500 nm范围的近红外光谱信息,并对样本近红外光谱数据利用多元散射校正(M SC)进行预处理.结合玉米内部有机物质的近红外光谱的敏感波段和样本近红外光谱吸收峰挑选了4个优选区间,并采用相关系数法(CA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)三种不同原理的特征波长提取算法分别提取了4(1362,1760,2143和2311 nm)、5(1227,1310,1382,1450和1728 nm)和10(1232,1233,1257,1279,1313,1688,1703,1705,2302和2323 nm)个特征波长.以提取得到的特征波长作为玉米种子穗腐病判别模型输入变量,用0-1(染病-正常)表示样本染病状况作为输出真实值建立支持向量机(SVM)模型,使用网格搜索法结合十折交叉验证法对模型参数进行优化.结果表明,CA-SVM,SPA-SVM和CARS-SVM三种判别模型中训练集和测试集建模准确率均在90% 以上.该研究成果为玉米种子病害诊断装置提供了模型基础,且针对优选区间进行特征波长选择的方式也可以为建立其他种子病害判别模型提供参考.
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玉米秸秆覆盖与深翻两种还田方式对黑土有机碳固持的影响
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：秸秆还田是实现东北黑土肥力提升与保障区域生态环境安全的有效措施。明确玉米秸秆覆盖与深翻还田下土壤有机碳（SOC, Soil Organic Carbon）的变化及其在团聚体中的固持特征,对于揭示秸秆还田后黑土有机碳的稳定机制与固碳潜力具有重要意义。该研究基于黑土区中部6 a定位试验,选择常规种植（CK）、秸秆覆盖还田（SM, Stovers Mulching）和秸秆深翻还田（SI, Stovers Incorporation）3个处理,对0～10、>10～20、>20～30及>30～40 cm土层SOC含量、容重、水稳性团聚体分布及团聚体中有机碳（OC, Organic Carbon）含量进行了分析与测定,并对各处理年均碳投入量、SOC储量与土壤固碳速率等进行了估算。与CK相比,SM处理显著增加了0～10 cm土层SOC含量,增幅为22.4%,但对10～40cm土层SOC含量无显著影响;SI处理显著增加了0～40cm土层SOC含量,增幅为18.1%～41.5%,以>20～30cm的增幅最突出。与SM处理相比,SI处理0～10 cm土层SOC储量显著低于前者,而>20～30 cm土层SOC储量反之。6 a间,SM处理耕层（0～20 cm）与亚耕层（>20～40 cm）土壤固碳速率分别为1.34和0.77 Mg/（hm2·a）,SI处理为0.85和1.74 Mg/（hm2·a）。秸秆不同还田方式显著改变了0～40 cm土层团聚体分布及其中OC含量。与CK相比,SM显著增加了耕层大团聚体（>0.25 mm）比例与平均质量直径（MWD, Mean Weight Diameter）,SI显著提高了0～40 cm土层团聚体MWD,且对10～40 cm土层团聚结构的改善作用优于SM;SM处理显著增加了0～10 cm土层>2和<0.053 mm粒级团聚体OC含量,SI处理不仅增加了0～10 cm土层>2 mm粒级团聚体OC含量,也显著提高了10～40 cm土层各粒级团聚体OC含量。在黑土区,秸秆覆盖还田对SOC的提升主要集中于表层,秸秆深翻还田促进了0～40cm土层SOC积累与土壤团聚结构的改善。
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一种5重real-time PCR筛查转基因水稻方法的建立
《食品科学 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：以转基因水稻中最常用的CaMV35S启动子、NOS终止子、Cry1Ab/Ac基因、HPT基因及SPS水稻内标基因为研究对象,利用5种不同的荧光信号(FAM、HEX、Taxas Red、Cy5、Cy5.5)进行多重实时聚合酶链式反应(real-time polymerase chain reaction,real-time PCR)检测方法的研究.通过引物组合筛选、反应体系优化、特异性测试、灵敏度测试、适用性测试等一系列实验,建立了5重real-time PCR方法,灵敏度可达0.032%.此方法具有灵敏度高、结果准确、通量大等优点,可实现水稻中转基因成分的快速、高效检测.
关键词： 转基因水稻;筛查元件;单一实时聚合酶链式反应;5重实时聚合酶链式反应;高通量检测方法
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基于养分专家系统推荐施肥在东北玉米上的长期综合效应
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为明确养分专家系统推荐施肥对东北玉米产量与收益、肥料利用率与土壤养分的长期综合效应,于2012—2020年开展了田间定位试验,共设置5处理:分别为1)不施肥（CK）;2)农民习惯施肥（FP）;3)养分专家系统推荐施肥（NE）;4)在NE基础上配施缓/控释氮肥（NER）;5)土壤测试推荐施肥（ST）。探究9 a间产量与收益、肥料利用率、土壤养分和养分平衡的变化规律。结果表明,NE和ST处理较FP处理显著降低了氮磷肥用量（P<0.05）,显著增加了钾肥用量（P<0.05）。与FP处理相比,NE、NER和ST处理提高了玉米产量、收益及其稳定性。其中均以NE处理最高,之后依次为ST和NER处理。NE、NER和ST处理肥料平均回收利用率、农学利用率和偏生产力较FP处理分别提高了29.0%～40.1%（P<0.05）、31.3%～44.3%（P<0.05）和22.0%～31.7%（P<0.05）,且均以NE处理最高。与FP处理相比,NE、NER和ST处理提高了0～30 cm土壤无机氮含量,降低了>30～90 cm土壤无机氮和0～30 cm土壤有效磷含量,而不同施肥处理土壤速效钾含量差异未达显著水平（P>0.05）,其中NE处理与试验起始养分含量最为接近。9 a养分平衡结果显示,FP、NE、NER和ST处理氮、磷均表现为盈余,而钾素表现为亏缺,且NE处理氮、磷盈余量和钾亏缺量均为最低。综上,与农民习惯施肥和土壤测试推荐施肥相比,养分专家系统推荐施肥不仅可提高玉米产量、收益和肥料利用效率,并可保持土壤养分稳定。因此,它是一种适用于中国东北玉米的推荐施肥方法。
关键词： 土壤 养分 肥料 养分专家系统 玉米产量 净收入 肥料利用效率 养分平衡
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