科研产出
改进随机蛙跳算法在大豆品种快速鉴别中的应用
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：大豆品种快速准确的鉴别，对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题，采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘（PLS）鉴别模型，对黑龙江省4个高蛋白大豆品种（黑农88、黑农98、绥农71以及绥农76）进行快速鉴别。随机蛙跳（RF）算法是一种通过迭代计算变量被选概率，以确定变量重要性的新型特征波长选择算法，可以有效剔除全光谱数据中的冗余信息。该方法存在初始变量集随机性、所需迭代次数大、阈值选取不确定的问题，因此提出一种基于最小绝对收敛与选择算子（LASSO）回归的改进随机蛙跳（MRF）算法。采用LASSO算法提取与属性变量最相关的特征波长点作为RF初始变量集F0，消除初始变量的随机性，在此基础上开始迭代计算，可以减少无用迭代次数，提高模型的预测精确度。RF算法通过设定阈值的方法选择变量，因此提取的特征波长往往具有不确定性。改进如下：首先去除被选概率为0的变量，对于排序后变量以10个波长点为间隔，每次增加1个间隔建立特征波长与大豆品种属性的偏最小二乘回归模型，当交叉验证均方根误差（RMSECV）取最小值时的建模波长为优选特征波长。以MRF优选特征波长作为输入变量建立PLS鉴别模型，并与全光谱以及常用的RF、LASSO和ElasticNet特征波长选择算法建模结果进行对比分析。结果表明，MRF算法提取300个特征波长点，仅占全谱波长的9.37%，有效筛选了关键特征变量，简化了模型复杂度。预测结果中均方根误差（RMSEP）和决定系数（Rp~2）分别为0.246 9和0.951 2，识别准确率达到100%，为所有模型中最优。拉曼光谱结合MRF算法可以实现大豆品种的快速鉴别，同时也为其他农作物品种的快速鉴别提供了一种新思路。
关键词： 拉曼光谱 大豆 特征波长选择 随机蛙跳 最小绝对收敛与选择算子
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低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕土壤WSOC的荧光特征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高坡耕地的秸秆还田效率,增加土壤有机质,探索一种适于坡耕地的基于种养结合的保护性耕作方式.采用田间小区试验,研究了秸秆覆盖轮耕技术(包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕)与常规耕作(秸秆移除后旋耕)对土壤水溶性有机碳(WSOC)荧光特征及团聚体有机碳的影响.结果表明:砂质暗棕壤坡耕地秸秆覆盖旋耕(SRT)、秸秆覆盖休闲(SFT)与秸秆不还田的常规耕作(CRT)处理土壤WSOC均解析出C1,C2,C3和C4等4组荧光组分,主要为紫外光区与可见光区类富里酸(Peak A和Peak C)、类胡敏酸(F)和短波类色氨酸(类蛋白B、D峰)等成分.秸秆覆盖旋耕处理提高了类富里酸(Peak A和Peak C)和类蛋白组分C4含量,C1和C2组分较覆盖休闲和常规耕作分别提高112.73%,109.35% 和107.77%,66.07%,C4组分较SFT与CRT处理提高28.26% 和42.31%,差异显著,而常规耕作处理来自于自生源腐殖质组分的胡敏酸C3含量增加,较覆盖旋耕和覆盖休闲处理分别增加16.76% 和49.74%;0~20 cm耕层土壤团聚体有机物主要分布在<0.053 m m的矿物质结合态(M O M)中,平均占比为63.90%,其次为0.25~0.053 mm细颗粒态有机物(oPOM),占比为23.8%,粗颗粒态有机物(>0.25 mm)中含量最低,仅为11.2%;与秸秆不还田比较,坡耕地秸秆覆盖还田增加了植物来源的新鲜有机质的形成,表现为>0.053 mm的闭蓄态有机碳(oPOC)含量的增加,以覆盖旋耕处理oPOC增加较大,而秸秆不还田的CRT处理增加了MOM占比;覆盖旋耕处理FI和HIX值增大,土壤腐殖质积累趋势增强,为低山丘陵区坡耕地实施秸秆覆盖还田的保护性耕作技术提供了科学依据.
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长期不同施肥处理对黑土根际土壤有机碳结构组分的影响
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者,特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用.研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、活性有机碳以及有机碳结构的变化规律,深入了解根际有机碳固持和稳定机制,为完善农田生态系统碳固持和农田可持续发展提供科学依据和理论支撑.该研究依托黑土长期定位试验,采用化学分析、固态13 C-核磁共振(13 C-NM R)等方法研究大豆根际土壤有机碳含量、活性有机碳含量和有机碳结构组分变化规律.结果表明,与非根际土壤相比,大豆根际土壤有机碳含量显著增加,长期施肥处理能够显著增加根际土壤有机碳和低活性有机碳含量,以常量有机肥加氮磷钾(MNPK)处理提升效果最好.核磁共振实验结果表明,与不施肥处理相比,M N PK处理明显增加根际土壤烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,降低芳香基碳和芳香碳/总碳比值,在非根际土壤中尤其显著;常量氮磷钾(N P K)处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,在根际土壤中烷基碳比例和烷基碳/烷氧基碳比值增加,烷氧基碳比例降低,非根际土壤测试结果相反.综上所述,M N PK处理能够显著提升根际有机碳含量,增加有机碳中烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,促进团聚体形成和增加土粒结构稳定性,而N PK处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,降低根际烷氧基碳比例,团聚体稳定性降低,同时证明固态13 C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化,深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制.
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基于荧光光谱分析秸秆深埋还田黑土剖面DOC组分结构变化特征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以黑土为研究对象,分析不同深度玉米秸秆还田(0~2,3~10,11~20,21~30和31~40 cm)后可溶性有机碳(DOC)的荧光特性差异,探讨秸秆深还田后腐殖化程度的变化特征.结果表明:秸秆还田可提高土壤DOC的含量.三维荧光光谱特征表明,土壤DOC的荧光组分均为2种,CK~T4处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250~275/455 nm)和类色氨酸物质组分(Ex/Em=225~237/340~350 nm),而T5处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250~275/455 nm)和类酪氨酸物质组分(Ex/Em=225/304 nm),还田31~40 cm深度有较小的自生成分,且腐殖化系数最高.土壤DOC组分C1的荧光强度有随着秸秆还田深度的加深而增大的趋势,C2组分则呈波动性的状态,荧光强度先增强再减弱.土壤DOC受自生源和外生源共同作用(FI>1.4,0.6 关键词：
秸秆还田
土壤深度
土壤DOC
三维荧光光谱
PARAFAC分析
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化学氮肥有机替代条件下黑土DOC荧光光谱特征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：有机无机肥配施是实现土壤培肥、减少无机肥施用的有效措施.为探讨黑土区有机肥替代无机肥(氮肥)对土壤溶解性有机碳(DOC)含量及结构的影响,本研究采用有机肥不同比例替代化学氮肥,分析土壤DOC的含量及荧光光谱特征.结果表明,M(100% 有机替代化学氮肥)处理土壤DOC显著高于其他处理,其含量为325.97 mg·kg-1.与CK(不施肥)处理相比,各施肥处理荧光峰各波长均有不同程度蓝移,各处理土壤DOC的荧光指数(FI)分布在1.54~1.59范围内,腐殖化指数(HIX)均小于0.85,表明DOC来源受自生源和陆生源共同作用的影响,土壤腐质化程度均较低.平行因子分析法分析识别出3个荧光组分,分别为2个腐殖质类组分(富里酸类物质和腐殖酸类物质)及1个类蛋白组分(类酪氨酸蛋白质物质).各施肥处理3个组分荧光强度均高于CK处理,其中M和M2 N2(25% 有机替代化学氮肥)处理下土壤DOC总荧光强度较高,C3组分荧光强度以M2 N2处理最高,土壤DOC中3个有机组分的相对比重以荧光组分C1最高,接近50%,表明该地区土壤中小分子物质占有较大比例,施肥能够提高土壤腐质化程度,有利于土壤DOC固定,合理的有机肥配施化学氮肥能增加DOC的有效性,提升土壤供肥能力.
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有机无机肥配施黑土胡敏酸结构光谱学特征
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：土壤有机质是土壤的重要组成部分,在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都具有重要作用。腐殖质作为土壤有机质的主体,对土壤的一系列性质和形态产生影响,其数量、组成和性质可以反映一定的成土条件和过程,是土壤肥力的重要指标。由于腐殖质分子组成的不确定性,各种方法均存在一定的局限性,优化寻求更为准确可靠的腐殖酸表征方法已成为当前研究的热点。施肥方式改变土壤中胡敏酸的组成与结构,但短期的影响程度难以用常规的测定技术检测出来。利用38年的黑土长期定位试验,通过腐殖质组分HA的分离和纯化,多种光谱分析方法的联合应用,从物质结构的角度分析土壤中单施有机肥和有机无机肥配施对黑土HA有机化合物的分子结构变化的影响。分析显示, M和MNPK施肥处理较CK处理均可提高土壤有机碳和HA含量,增加土壤中HA的总反应热、中温放热值、 2920/1720值、脂族C含量、 f450/500值,表明单施有机肥和有机无机肥配施后土壤HA芳构化程度降低,脂族含量增加,结合简单化,但M施肥处理增加幅度小于MNPK施肥处理。分析结果表明:多种光谱技术的联合应用,可以相互认证其结果的准确性。同时试验结果也证明有机无机肥配施较单施有机肥,更能提高土壤有机碳和土壤HA的脂族C含量,增加作物产量,培肥地力。
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哺乳动物中由精子RNA介导的跨代遗传的研究进展
《生物化学与生物物理进展 》 2018 SCI 北大核心 CSCD
摘要：随着表观遗传学的飞速发展,拉马克的获得性遗传理论又重新得到了学术界的关注.近年,哺乳动物获得性性状的跨代遗传现象也得到了较为深入的研究.在获得性性状的跨代遗传过程中,由环境压力导致的表观遗传信息经由生殖系在代际间传递.其中,在环境压力相关的表观遗传信息的建立及传递过程中,精子小非编码RNA(small non-coding RNA,sncRNAs)发挥关键作用,环境压力信息以sncRNAs的形式储存在成熟精子中,通过受精作用,精子sncRNAs参与胎儿原始生殖细胞基因组的表观遗传修饰,将表观遗传信息跨代传递,进而影响获得性性状相关的基因表达.本文主要综述了精子sncRNAs参与获得性性状跨代遗传的机制,为研究遗传性的代谢疾病、促进人类生殖健康及家畜良种繁育提供新思路.
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长期定位施肥对黑土养分平衡和胡敏素分子结构动态变化的影响
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础,根据土壤养分的输入和输出分析长期不同施肥处理的土壤养分收支状况。利用红外光谱和核磁共振光谱分析胡敏素(Humin,Hu)分子结构的动态变化特征并分析土壤养分收支状况与Hu结构变化之间的关系。结果表明:不同施肥措施在改变黑土养分含量的同时,影响了土壤中惰性组分Hu的分子结构。1980年—2014年有机无机肥配施(MNPK)处理可以满足作物对养分的吸收,土壤总养分含量有盈余,且较不施肥(CK)处理增加土壤有机碳含量,降低土壤C/N比,同时土壤Hu的2 920/1 620和2 920/2 850、脂族C/芳香C、烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C比值均增加,表明黑土Hu分子结构变得脂族化、简单化,施肥可以增加土壤活性有机碳,减少惰性有机碳组分含量。有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理不能满足作物对养分的吸收,土壤养分出现亏缺状况。红外光谱显示,施肥年限增加,有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理土壤Hu的2 920/1 620下降,表明其脂族C含量降低;核磁共振光谱显示,氮磷钾化肥(NPK)和不施肥(CK)处理烷基C/烷氧C降低,表明其活性有机碳含量下降。虽然各施肥处理较不施肥(CK)处理整体增加土壤Hu的脂族C含量,降低芳香C含量,但随着施肥年限的增加,氮磷钾化肥(NPK)处理使土壤Hu结构有变复杂化的趋势。各养分盈亏量与土壤Hu的结构特征参数之间具有相关性,N,P_2O_5和K_2O养分盈亏量和总养分盈亏量与2 920/1 620、脂族C呈正相关,与芳香C呈负相关,表明养分状况可以影响土壤Hu的结构。节约经济成本情况下,轮作周期内施入一次有机肥,每年结合氮磷钾化肥的施入可以满足作物对养分的吸收,在提高作物产量的同时,改善土壤腐殖质惰性组分结构,培肥地力。
关键词： 黑土 长期定位试验 养分平衡 胡敏素结构特征 动态变化
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胚胎早期发育过程中核仁前体的研究进展
《生物化学与生物物理进展 》 2017 SCI 北大核心 CSCD
摘要：核仁前体存在于卵母细胞及早期胚胎中,由于核仁前体在卵母细胞中的含量较少且结构致密,目前,只有少数核仁前体组分得到了鉴定.核仁前体结构的完整组成尚未被详细解析,明确核仁前体在胚胎早期发育过程中发挥的作用及其机制尚存挑战.早期的观点认为:核仁前体虽不具备加工rRNA及生成核糖体的功能,但该结构为纤维颗粒状核仁的生成提供了物质基础,从而使发育后期胚胎重获核糖体生成能力.近期,这一观点逐步得到了修正.基于显微操作技术的核仁前体转移实验证实:母源核仁前体在胚胎早期发育过程中发挥关键作用,且发挥作用的时间窗口限定在受精至原核期之间.核仁前体可参与染色质重塑过程并维持着丝粒稳定,进而影响胚胎早期发育.本文主要综述了核仁前体的结构功能特点及发挥作用的潜在机制,从核仁前体的角度为拯救早期胚胎的发育潜能提供新思路.
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生物炭施用对土壤磷及磷酸酶活性影响的可见和荧光光谱法研究（英文）
《光谱学与光谱分析 》 2016 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤,有利于缓解秸秆处理压力、减少污染、减少温室气体排放,并改良土壤。在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。玉米田施用不同量的生物炭(0,360,1 800和3 600 kg·ha~(-1))一个生长季后,研究土壤有效磷(P)、有机P和全P含量的变化,并采用荧光共轭物质作为测定底物,通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。结果表明,生物炭添加到土壤后,土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、有机P和全P的含量没有显著的变化。其原因是生物炭携带有效P而引起的。碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大,适量生物炭处理(1 800 kg·ha~(-1))可显著增加酸性磷酸酶,而高量生物炭处理(3 600 kg·ha~(-1))对酸性磷酸酶略有抑制,可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现,需要进一步深入研究。
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