基于高光谱特征选择的霉变玉米黄曲霉毒素B_1的检测方法

为研究高光谱技术检测霉变玉米中黄曲霉毒素B_1含量的可行性,选择5种不同霉变程度的玉米为试验材料,利用高光谱图像采集系统获得了250个霉变玉米样本的高光谱数据,并进行多元散射校正(MSC)预处理;运用偏最小二乘回归(PLSR)系数来选择特征波长,筛选出7个特征波长,然后利用Fisher判别分析(FDA)分别对全波长和特征波长下霉变玉米进行鉴别分析。结果表明,5组样本在全光谱波段下的FDA鉴别正确率在85%～88%之间,而在特征光谱下的FDA鉴别正确率均在98%以上,说明特征波长能较好地表征不同霉变等级的玉米。神经网络模型优于PLSR模型,其预测集相关系数和均方根误差分别为0.999 9、0.180 9。因此,可认为利用高光谱技术来检测不同霉变程度玉米中的黄曲霉毒素B_1含量是可行的。本研究结果为高光谱鉴别其他农产品提供了重要参考。     

连续投影算法融合信息熵选择霉变玉米高光谱特征波长

运用高光谱技术鉴别玉米霉变等级时,因光谱波段数多、数据量大、信息冗余度高,使鉴别工作难度加大。为了减少数据量,获得最有利于鉴别的高光谱信息特征波长,本研究提出了一种连续投影算法(SPA)融合信息熵的特征波长选择方法。首先,对霉变玉米样本高光谱数据运用多元散射校正(MSC)进行光谱预处理以消除噪声,然后利用SPA对处理过的光谱进行波长初选,得到8个初选特征波长,再通过信息熵原理处理初选特征波长下的图像信息,获得最佳特征波长。结果表明,运用SPA融合信息熵法得到有利于霉变玉米鉴别的最佳波长为819 nm,提取该波长下霉变玉米图像的纹理特征后,采用Fisher判别分析(FDA)进行鉴别,6个等级霉变玉米的鉴别正确率高达98.6%,充分证明所给出的特征波长选择方法是有效的。本研究特征波长选择方法可为更好地运用高光谱技术鉴别玉米霉变等级提供指导。     

我国花生土壤黄曲霉菌分布与产后花生黄曲霉毒素污染相关性研究

为了解我国花生土壤黄曲霉分布及产毒特征与产后花生黄曲霉毒素污染相关性,本试验从我国4个典型花生产区黄河流域产区(河北保定)、西北产区(新疆吐鲁番)、长江流域产区(湖北黄冈、四川南充)和东南沿海产区(广东湛江)采集花生土壤样品124份。通过对我国不同产区花生土壤中黄曲霉菌的分布及产毒特征研究,评估我国不同产区花生黄曲霉毒素污染风险。结果表明,湖北黄冈和四川南充土壤中黄曲霉检出率、带菌量和黄曲霉毒素B₁(AFB₁)量均高于其他地区,产后花生受AFB₁污染风险最高,其次为广东湛江和新疆吐鲁番,河北保定花生受AFB₁污染风险最低。从上述4个产区收集64份花生样品开展产后花生AFB₁污染调查,发现湖北黄冈花生AFB₁污染情况最严重,检出率为57%,超标率为10%,其次为四川南充和广东湛江,新疆吐鲁番和河北保定花生受AFB₁污染较轻。风险评估结果与实际检测结果一致,表明花生土壤中黄曲霉菌数量、产毒菌比例及产毒能力与产后花生AFB₁污染呈正相关性。本研究结果为花生黄曲霉毒素污染预警及综合防控提供了理论依据和数据支撑。     

B族黄曲霉毒素抗原合成设计及特异性、广谱性抗体制备与特性分析

为制备B族黄曲霉毒素(BGAFs)特异性强、广谱性好的抗体,本研究根据黄曲霉毒素B₁(AFB₁)的分子结构和活性位点,采用肟化活泼酯法(OAE)、氨甲基化法(MOA)、混合酸酐法(MA)、半缩醛法(SA)、环氧化物法(EP)和烯醇醚衍生物法(EED)6种方法合成BGAFs人工抗原AFB₁-BSA,并通过UV和SDS-PAGE进行鉴定;采用AFB₁-BSA免疫新西兰白兔制备多克隆抗体(AFB₁ pAb),间接ELISA检测AFB₁ pAb效价,间接竞争ELISA(icELISA)分析其敏感性,交叉反应试验(CR)分析其特异性和广谱性。结果表明,AFB₁-BSA合成成功,在BGAFs抗原合成的6种方法中OAE效果最好,AFB₁与BSA的分子结合比为8.46∶1;AFB₁ pAb的间接ELISA效价为1∶(1.28×10⁴),IC₅₀为10.32 μg·L^-1,与AFB₂、AFG₁、AFG₂、AFM₁、AFM₂的CR分别为75.21%、44.13%、14.72%、16.36%、1.44%。本研究制备出了高效价、敏感、特异、广谱的AFB₁ pAb,为BGAFs免疫检测方法的建立奠定了物质和技术基础。     

玉米真菌毒素污染与控制技术研究进展

真菌毒素污染是玉米产品的主要风险因子。玉米真菌毒素产生存在不可预见性,玉米在生产、收获、贮藏、运输、加工、流通等环节,遇到适宜的环境条件极易发生霉变,产生真菌毒素。本文介绍了玉米原料及饲料真菌毒素污染概况及限量标准,阐述了玉米真菌毒素检测技术和筛查方法的研究进展及玉米真菌毒素污染与控制技术等,以期提高人们对玉米真菌毒素污染管控的认知,为确保农作物高产和粮食安全提供理论基础。     

解淀粉芽孢杆菌NS2降解玉米赤霉烯酮的研究

为了丰富玉米赤霉烯酮(ZEN)解毒菌种库,通过采集湖南省邵阳市等7个省市粮食样品,筛选获得1株能够高效降解ZEN的解淀粉芽孢杆菌NS2。采用高效液相色谱法检测降解前后ZEN的含量发现,液态发酵72 h,该菌对5 mg·L^-1 ZEN标准品的降解率高达96.0%,固态发酵72 h,菌株对玉米粉中2.5 mg·L^-1 ZEN标准品的降解率高达88.2%。采用高效液相色谱与四级杆飞行时间质谱联用技术检测该菌处理后的ZEN降解产物,未检测出具有毒性作用的α-玉米赤霉烯醇(α-ZOL)、β-玉米赤霉烯醇(β-ZOL)等ZEN的类似物。此外,抗菌活性试验与木聚糖酶、纤维素酶和蛋白酶活性试验显示降解菌NS2还能通过产生具有抗菌作用的次生代谢产物,抑制病原微生物大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌的生长。上述结果表明,解淀粉芽孢杆菌NS2可以高效降解ZEN,具有潜在应用前景,为ZEN解毒产品的开发与应用奠定了材料基础。     

玉米赤霉烯酮降解酶基因（ZEN-jjm）的克隆、表达及活性分析

玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)是世界上污染范围最广泛的一种镰刀霉毒素,能导致人或动物不孕、流产等症状,损害内脏器官并促进癌细胞的生长.本文通过设计1对特异性引物,从粉红螺旋聚孢霉(Gliocladium roseum)中克隆获得大小为795 bp的DNA片段(ZEN-jjm),通过构建E. coil原核表达载体进行表达.经HPLC检测证实,IPTG诱导后的细胞裂解上清能在3 h内完全降解液体中1μg/mL的ZEN.序列分析结果表明ZEN-jjm与zhd101存在9个碱基的差异,ZEN-jjm编码的ZEN降解酶与文献报道的乳糖水解酶存在3个氨基酸的差异,但ZEN毒素降解实验证实二者活性相似.     

基于高光谱成像技术的青贮玉米饲料pH值无损检测

为实现青贮玉米饲料pH值的快速、无损检测,该研究采用高光谱成像技术建立不同品质青贮玉米饲料pH值的定量检测模型。采集青贮玉米饲料样本936～2 539nm的平均光谱,采用6种预处理方法对青贮玉米饲料平均光谱进行处理,通过建立偏最小二乘回归（partialleastsquaresregression,PLSR）模型得出多元散射校正（multiplicativescatter correction,MSC）和卷积平滑（savitzky-golay,SG）两种预处理方法效果较好,使用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、变量组合集群分析算法（variable combination population analysis,VCPA）以及迭代保留信息变量（iteratively retains informative variables,IRIV）算法对经MSC和SG卷积平滑预处理光谱进行特征波长提取,利用PLSR和极限学习机（extreme learning machines,ELM）分别建立饲料全波段、特征波长...     

一株高效降解玉米赤霉烯酮的耐酸耐高温枯草芽孢杆菌的研究

为寻求更高效、实用的生物脱毒制剂,提高其应用范围,通过采集酸性、高温的温泉环境样品,筛选获得1株高效降解玉米赤霉烯酮(ZEN)的细菌菌株Y-33,并对该菌株生长和降解特性进行分析。结果表明,菌株Y-33在50℃、pH值5.0条件下孵育36 h,菌液对2 μg·mL^-1 ZEN的降解率高达93.79%,对20 μg·mL^-1 ZEN的降解率也达82.40%。从形态、生理生化特性及16S rDNA序列对菌株Y-33进行分析,初步鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。该菌株发酵上清液在28℃条件下对ZEN降解率为62.02%。金属离子Mn²⁺能明显增强菌株Y-33发酵上清液对ZEN的降解能力,降解率达81.17%,而Zn²⁺严重抑制了Y-33发酵上清液对ZEN的降解能力,降解率仅为5.42%。本研究结果为ZEN解毒菌剂的开发与应用奠定了理论基础。     

60Co-γ辐照模式下玉米中赤霉烯酮和品质的变化及对绵羊定时人工授精的影响

为研究经赤霉烯酮(ZEN)自然污染与⁶⁰Co-γ辐照处理后的玉米对绵羊定时人工授精中澳洲白种公羊、湖羊母羊的生殖性能的影响,本试验选取含ZEN玉米样本,分别用0、3、5、8、10 kGy剂量的⁶⁰Co-γ辐照,并测定辐照后玉米主要营养成分变化。然后分别将未污染玉米(Ⅰ对照组)、经10 kGy ⁶⁰Co-γ辐照的污染玉米(试验Ⅱ组)、污染玉米(试验Ⅲ组)饲喂定时人工授精的绵羊,检测澳洲白种公羊的精液质量,测定湖羊母羊的繁殖性能指标。结果表明,未经⁶⁰Co-γ辐照的玉米含ZEN 2 153 μg·kg^-1,在10 kGy ⁶⁰Co-γ辐照剂量下,玉米中ZEN降解率为83.7%;当⁶⁰Co-γ辐照剂量低于10 kGy时,玉米淀粉表面结构无变化,主要营养成分无显著变化。试验Ⅱ组澳洲白种公羊的采精量、精子活力、精子密度与试验Ⅲ组相比显著升高(P<0.05),与Ⅰ对照组相比无显著差异(P>0.05);试验Ⅲ组澳洲白种公羊第30天精子畸形率与试验Ⅱ组、Ⅰ对照组相比均显著升高(P<0.05),显微镜下观察可见双尾精子、双头精子、无尾精子等现象,其中双尾精子头部、尾部不完整;试验Ⅱ组湖羊母羊同期发情率、受胎率、产羔率和羔羊始重等指标与试验Ⅲ组相比显著升高(P<0.05),与Ⅰ对照组无显著差异(P>0.05)。综上,使用经10 kGy ⁶⁰Co-γ辐照后ZEN含量低于2 153 μg·kg^-1的玉米饲喂繁育绵羊,对绵羊定时人工授精无不利影响。本研究结果为⁶⁰Co-γ辐照模式下玉米中赤霉烯酮和品质的变化对绵羊定时人工授精的影响研究提供了理论依据。     

不同冠层阻力模型对冬小麦返青-成熟期蒸散量估算的影响

蒸散量是农田水循环的重要组成部分,其准确估算对精准灌溉及农业节水具有重要意义。PenmanMonteith(P-M)模型是常用的估算方法之一,但冠层阻力/表面阻力的准确表达一直是应用中的难点。选取常用的7种冠层阻力模型,根据北京市顺义区2a(2020年和2021年)的波文比实测结果,对不同模型模拟的小麦冠层阻力及P-M估算的小麦蒸散量进行比较,并进一步分析影响小麦冠层阻力的主要因子。结果表明,7种模型均低估了小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。总体而言,Todorovic模型（TD）模拟效果最好,其模拟的冠层阻力和蒸散量的R2均大于0.605,平均偏差（MBE）分别为-82.8s·m-1和10.4W·m-2,相应的均方根误差（RMSE）分别为254.4s·m-1和33.5W·m-2;其余6种模型表现均较差,所模拟的冠层阻力R2仅0.113～0.241,MBE和RMSE在-236.4～-61.3s·m-1、277.2～373.8s·m-1;基于6种模型模拟阻力得到的小麦蒸散量与实测值的R2在0.046～0.184,MBE和RMSE分别在44.5～97.4W·m-2、81.4～147.9W·m...     

基于无人机图像参数对滴灌条件下玉米氮素营养的动态诊断

于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验，以天赐19为试验材料，设6个氮素水平，即 0 （N0）、90（N1）、180（N2）、270（N3）、360（N4）和450（N5）kg·hm⁻²，在玉米拔节期（V6）、小喇叭口期（V10）、大喇叭口期（V12）、吐丝期（R1）和乳熟期（R3）利用无人机搭载数码相机获取玉米冠层图像，利用Matlab编写代码开发的数字图像识别系统提取玉米冠层图像红光值R、绿光值G、蓝光值B，研究基于此计算的10个冠层图像参数指标与氮素营养指标间的相关性，筛选出稳定性好且敏感度高的图像色彩参数，构建玉米氮素营养诊断指标与图像参数间关系模型并进行验证，以探究利用无人机图像进行宁夏引黄灌区滴灌玉米拔节-乳熟期氮素营养动态估测的可行性。结果表明：冠层图像参数指标绿光与红光比值(G/R)、绿光标准化值（NGI）、红绿蓝植被指数(RGBVI)与植株氮含量和叶片氮含量相关性高且变异系数小，可作为氮素营养诊断的潜在最佳色彩参数；将最佳色彩参数与植株氮含量和叶片氮含量分别进行回归模型构建，幂函数模型可以更好地预估玉米氮素营养状况；利用2019年相同氮素试验进行模型验证，发现NGI与植株氮浓度和叶片氮浓度实测值与估测值的R2分别为0.738和0.689，检验指标RMSE为2.594和3.014，nRMSE为13.125%和13.347%，预测精度和准确性高于G/R和RGBVI。故选择NGI作为滴灌玉米拔节−乳熟期氮素营养动态诊断的最优参数，参数NGI与植株氮浓度的关系模型（N_P=4.967×106NGI^14.26）R²为0.707，与叶片氮浓度的关系模型（N_L=1.707×106NGI^12.88）R²为0.654。说明应用无人机图像技术可以较好地对宁夏引黄灌区玉米拔节−乳熟期氮素营养状况进行动态估测，构建的氮素营养诊断模型可为宁夏引黄灌区滴灌玉米氮肥精准配施提供理论依据。     

培养温度、水分活度对稻谷和大米黄曲霉生长及产毒的影响

为了解析不同培养温度和水分活度对稻谷和大米黄曲霉生长和产毒的影响,揭示温度和水分活度(a_w)调控稻米上黄曲霉生长和产毒的分子机制,以湖南黄华占稻谷和黑龙江稻花香大米为原料,分析稻谷和大米的真菌菌相,并采用高效液相色谱法测定稻谷和大米AFB₁含量,利用荧光定量PCR分析稻谷和大米水分活度及温度对黄曲霉毒素生物合成关键基因表达的影响。结果表明,当a_w降低至0.75以下,稻谷和大米上不适合黄曲霉生长繁殖和产毒。在33℃、a_w为0.96条件下大米黄曲霉产毒最多,33℃、a_w为0.90条件下大米黄曲霉的生长最好;稻谷则是在温度37℃,a_w为0.94和0.92条件下分别为最适产毒和生长,可见黄曲霉在稻谷和大米上生长和产毒的最适条件并不统一。荧光定量PCR结果显示,低温25℃可以促进黄曲霉产毒基因表达,但毒素在转录合成过程中受到了阻抑,高温37℃则抑制部分结构基因的表达,但菌的生长受到极显著影响而导致毒素量极低。因此,稻谷和大米储藏期及加工时,保持较低的a_w是有效预防黄曲霉侵染及AFB₁污染的关键。本研究结果为制定储藏及加工期稻谷和大米黄曲霉毒素污染的防控措施提供了一定的理论依据和数据支撑。     

壳聚糖基碳量子点的制备、表征及其对过氧化氢的荧光检测研究

为制备可用于分析过氧化氢(H₂O₂)的荧光传感器,本研究利用壳聚糖与DL-酒石酸为反应前体,水热处理制备了新型氮掺碳量子点(CDs),能够高效、简便地检测食品中的H₂O₂含量;并采用透射电镜(TEM),以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等方法进行分析表征。结果表明,CDs的荧光量子产率约为5.22%,粒径约为20 nm,而且具有石墨烯结构,其表面也含有较丰富的羟基、氨基和羧基等功能性官能团。此外,Fe³⁺可以猝灭CDs溶液的荧光,而Fe²⁺几乎不影响;按照CDs与Fe³⁺混合后荧光几乎消失时的浓度配比,将Fe³⁺替换成同等浓度Fe²⁺再分别加入不同浓度的H₂O₂,快速混均后测量其在320 nm激发光下的荧光发射图谱,绘制标准曲线,H₂O₂浓度在0~60 μmol·L^-1内线性关系良好,相关系数R²约为0.990 0,检测限约为0.65 μmol·L^-1。本研究结果为快速检测食品中的H₂O₂提供了一定的理论依据。     

消光系数估算方法对玉米冠层光能利用模拟的影响

以玉米品种大叶矮小型的矮单268（AD268）和小叶高大型的先玉335（XY335）为供试材料，设置低（3株·m⁻²）、中（6株·m⁻²）、高（9株·m⁻²）3个种植密度，综合利用冠层光合有效辐射（PAR）垂直分布数据、冠层三维模型与冠层光合模型，分析了对数法和回归法估算出的消光系数（k_log和k_nls）对品种和种植密度的响应及其差异，评估消光系数估算方法对冠层光能利用模拟的影响。结果表明：k_log与k_nls存在差异，这种差异在大叶矮小型品种AD268下表现更加明显，且差异随着种植密度的增加而加剧，基于k_nls对冠层光分布的拟合效果（R²=0.86）优于k_log（R²=0.77）；基于k_log和k_nls的玉米冠层光能利用特征对种植密度的响应规律在不同品种间存在明显差异，以k_log和k_nls模拟的AD268的日CO₂同化量、地上部干物质日积累量和光能利用效率在低密度下无明显差异，但在中高密度下差异较大，二者差异开始变大的临界密度为0.7～2.5株·m⁻²。