基于多核支持向量机的小麦条锈病遥感监测研究

为提高小麦条锈病的遥感探测精度,依据日光诱导叶绿素荧光和冠层反射光谱数据在小麦条锈病遥感探测中的优势及其与病情严重度之间的映射关系,在运用独立分量分析法对光谱数据降维的基础上,利用核学习算法分别确定冠层光谱特征和日光诱导叶绿素荧光特征反映小麦条锈病病情严重度的最优核,同时针对冠层光谱与叶绿素荧光特征组,建立基于不同特征最优核映射的多核学习支持向量机模型,并与基于特征直接拼接的模型结果进行对比。结果表明,对于冠层光谱而言,采用高斯核构建的支持向量机模型可较好估测小麦条锈病病情指数,而日光诱导叶绿素荧光指数则是采用多项式核的效果更优;采用直接拼接法融合叶绿素荧光指数和冠层光谱特征能够在一定程度上改善小麦条锈病病情指数估测精度,决定系数(r~2)最高为0.847,而单独利用冠层光谱信息或者叶绿素荧光信息时,r~2最高仅为0.802;对日光诱导叶绿素荧光和反射光谱特征分别利用其最优核进行映射构建的多核学习支持向量机模型精度最高,r~2为0.915,RMSE为0.090,优于基于特征直接拼接构建的支持向量机模型精度。     

塞内卡病毒和口蹄疫病毒二重实时荧光RT-PCR鉴别检测方法的建立

为了建立一种快速、敏感、特异的能够鉴别诊断口蹄疫病毒(FMDV)和塞内卡病毒(SVV)二重实时荧光RT-PCR方法,根据FMDV及SVV的保守基因序列,设计了2套特异性引物和不同荧光素标记的MGB探针。通过对PCR反应体系和反应条件的优化筛选,建立了FMDV和SVV二重实时荧光RT-PCR检测方法,并对二重实时荧光RT-PCR检测方法进行了特异性、敏感性、重复性试验;利用所建立的方法对98份疑似FMDV和SVV感染的临床样品进行了检测。结果显示,成功建立的FMDV及SVV二重实时荧光RT-PCR检测方法,模板在10~1～10~7拷贝/μL有很好的线性关系;对pGEM-T/FMDV和pGEM-T/SVV重组质粒出现阳性扩增信号,但对正常细胞培养物对照和其他7种病原对照未扩增出特异性曲线,方法特异性较好;最低检测模板浓度为10拷贝/μL;自98份疑似FMDV和SVV感染样品中检出9份FMDV阳性,10份SVV阳性,2份FMDV和SVV双阳性,并且和克隆测序结果一致。本研究建立的FMDV及SVV二重实时荧光RT-PCR检测方法,可用于FMDV和SVV的快速鉴别检测,为FMDV和SVV的鉴别诊断提供特异、敏感和高通量的方法。     

酿酒酵母细胞壁可通过TLR2受体调控绵羊瘤胃上皮细胞表达SBD-1

旨在研究酿酒酵母细胞壁对体外培养绵羊瘤胃上皮细胞β-防御素-1(sheep beta-defensin-1,SBD-1)表达的影响及其调控途径,为揭示酿酒酵母细胞壁对机体免疫的调控机制提供理论依据。本研究将不同质量浓度的酿酒酵母细胞壁提取物(0,25,50,100,200,400mg/L)作用于绵羊瘤胃上皮细胞不同时间(0,2,4,8,12,24h)后,检测上皮细胞SBD-1和Toll样受体-2(TLR2)mRNA表达水平,并进一步通过TLR2阻断试验来证实TLR2是否介导酵母细胞壁促进SBD-1表达。结果表明,不同浓度的酵母细胞壁刺激瘤胃上皮细胞时,随着细胞壁浓度的增加SBD-1mRNA表达量呈先升高后降低的趋势,且酿酒酵母细胞壁质量浓度为200mg/L刺激12h时,SBD-1 mRNA表达量达到峰值,与对照组和其他时间组相比差异显著(P0.05);用质量浓度为200mg/L的酿酒酵母细胞壁刺激绵羊瘤胃上皮细胞不同时间,同样在12h时,TLR2的mRNA表达量达到最大;阻断试验表明TLR2可介导SBD-1的表达。本研究结果表明酿酒酵母细胞壁可促进绵羊瘤胃上皮细胞SBD-1的表达,且质量浓度200mg/L时,刺激瘤胃上皮细胞12h时SBD-1的表达量达到最高,而TLR2参与该调控过程。     

塞内卡谷病毒和口蹄疫病毒双重荧光RT-PCR检测方法的建立

为建立塞内卡谷病毒(SVV)和口蹄疫病毒(FMDV)的快速鉴别检测方法,本试验根据SVV 3D基因序列和FMDV 3D基因序列,分别设计探针和引物,建立了可同时检测SVV和FMDV的双重荧光RT-PCR法。结果表明,该方法特异性强,能准确检测出SVV核酸和FMDV核酸,与水泡性口炎病毒(VSV-IND和VSV-NJ)、猪水泡病病毒(SVDV)、猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)以及猪瘟病毒(CSFV)等病原核酸无交叉反应;灵敏度高,本试验中最低可检测到SVV和FMDV核酸质量浓度分别为1.35×10~(-5),1.68×10~(-5) mg/L。重复性好,Ct值变异系数小于4%。利用所建立方法对116份已知的临床样品进行检测,结果与参比方法一致。本试验建立的方法可用于SVV和FMDV的鉴别检测,为塞内卡病毒病和口蹄疫的诊断提供依据。     

兔病毒性出血症快速检测方法的建立

兔病毒性出血症是兔的1种传播性极强、致死率极高的重要传染病,针对性地加强该病原的进出境监测将对动物疫病防控具有重要的意义。本研究使用软件分析设计RT-PCR、实时荧光定量RT-PCR的引物和TaqMan探针,建立了兔病毒性出血症RT-PCR和实时荧光定量RT-PCR方法,并测定其特异性和敏感性。试验结果显示,只有阳性参照样品的DNA出现扩增,其他对照样品均未见扩增产物,证实这些检测方法具有良好的特异性。对阳性样品DNA进行10倍梯度稀释,再分别用新建的2种方法进行试验,结果显示兔病毒性出血症RT-PCR检测的DNA下限量为100 pg,实时荧光定量RT-PCR的DNA下限量为100 fg,2种方法都具有较高的敏感性。新建的RT-PCR和实时荧光定量RT-PCR方法互补应用,有助于缩短检疫周期、提高检测效率,为出入境口岸部门加强入境试验兔或其他不同用途兔的疫病检测提供技术保障。     

H5亚型禽流感病毒荧光检测试纸条的研制

为了对引起家禽重大经济损失和具有公共卫生意义的H5亚型禽流感病毒(AIV)进行快速超敏检测,本研究研制了针对HA蛋白的4株单克隆抗体(MAb)杂交瘤细胞株,通过MAb的两两配对试验,以荧光量子点作为抗体标记生物材料,基于夹心法原理建立了H5亚型AIV荧光免疫层析检测试纸条。结果显示,该方法能够特异性检测出H5N1、H5N2等H5亚型AIV,而与H1N1、H3N2、H7N9、H9N2、NDV等其他病原无交叉反应;对标准检测抗原H5N1(Re-6)的最低检测量为1 ng/mL,比市售H5亚型AIV胶体金检测试纸条灵敏度高100倍;该方法的变异系数(CV)值在10%以内,与商品化的试剂盒检测结果符合率达99.8%。本文建立的H5亚型AIV荧光检测试纸条快速、敏感,检测结果准确可靠,为H5亚型禽流感的流行病学调查和快速诊断提供了基础。     

不同种类浮游植物对CO2浓度升高的响应

本研究采用实验生态学的方法，以金藻、硅藻、绿藻3个门中的4种常见饵料藻叉鞭金藻(Dicrateria sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、小球藻(Chlorella vulgaris)和亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)为研究对象，分析比较不同浮游植物的细胞数量和质量对CO2浓度升高引起的海水酸化的响应情况。结果显示，与对照组相比，(1) CO2浓度升高显著提高了这4种藻的生长速率(P<0.05)；其中，亚心形扁藻平均比生长速率最高，比对照组高出13.5%；小球藻次之，为5.9%；叉鞭金藻和三角褐指藻均为2.2%。(2) CO2浓度升高使浮游植物细胞内的碳(C)含量增加、氮(N)含量降低，C/N提高；种间差异较大，其中，亚心形扁藻的C/N、C/P值、小球藻的C/P值和三角褐指藻的C/N值显著提高，叉鞭金藻不显著。(3) CO2浓度升高使小球藻单位细胞叶绿素a含量显著提高，小球藻通过提高光合作用能力促进生长，而另外3种藻叶绿素a含量与对照组无显著差异；三角褐指藻最大光化学量子产量(Fv/Fm)在实验初期显著升高；叉鞭金藻非光化学淬灭(NPQ)显著降低，快速光曲线初始斜率(α)显著增加；三角褐指藻和亚心形扁藻潜在的最大光合作用能力(rETRmax)显著升高(P<0.05)，但CO2浓度升高对4种藻的光化学淬灭(qP)均没有显著影响(P>0.05)。可见，亚心形扁藻、小球藻和三角褐指藻在高CO2浓度下虽然生长速率加快，但营养质量降低。不同种类的浮游植物对CO2浓度升高的响应不同，这种差异可能会使未来海洋浮游植物群落结构发生变化；浮游植物C/N、C/P值的改变可能通过食物链对次级生产者，诸如浮游动物、滤食性贝类等产生影响。     

夏季渤海网采浮游植物群落和叶绿素a分布特征及其对渔业资源的影响

本研究基于2015年夏季(6、8月)渤海网采浮游植物和叶绿素a调查数据,对渤海浮游植物的种类组成、丰度、多样性以及优势类群的分布特征进行分析。通过与历史数据进行对比发现,渤海浮游植物群落具有以下变化趋势:叶绿素a浓度近年来未发生明显变化,但较20世纪80、90年代明显升高,且低值区(1.0μg/L)较20年前明显缩小;就优势类群而言,6月角毛藻属(Chaetoceros)和圆筛藻属(Coscinodiscus)的优势较往年有所减弱,以往在渤海具有突出优势地位的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)在2015年夏季6、8月均未检测到,甲藻(6月:夜光藻Noctiluca scientillans;8月:三角角藻Ceratium tripos)、具槽帕拉藻(Paralia sulcata)继续占优,而短柄曲壳藻(Achnanthes brevipes)、尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)的优势地位较以往明显上升。浮游植物多样性(Shannon多样性、物种丰富度、均匀度)与往年相比处于适中的水平。渤海浮游植物群落结构的变化主要是由渤海营养盐结构改变引起的,这一变化趋势可能会对渤海食物链结构以及对具有浮游植物食性的经济鱼虾[如斑(Konosirus punctatus)、鱼(Liza haematocheila)、毛虾(Acetes chinensis)]的生长繁殖造成影响,进而影响到渤海渔业资源产量以及生态系统结构和功能。     

基于无人机多光谱遥感的冬小麦冠层叶绿素含量估测研究

为探讨利用无人机多光谱影像监测冬小麦叶绿素含量的可行性,基于北京市大兴区中国水科院试验基地的2019年冬小麦无人机多光谱影像和田间实测冠层叶绿素含量数据,选取16种光谱植被指数,确定对冬小麦冠层叶绿素含量显著相关的植被指数,采用一元二次线性回归和逐步回归分析方法建立各生育时期及全生育期的SPAD值估测模型,通过精度检验确定对冬小麦冠层叶绿素含量监测的最优模型。结果表明,两种分析方法中逐步回归建模效果最佳。拔节期选取4个植被指数(MSR、CARI、NGBDI、TVI)建模效果最好,模型率定的决定系数(r~2)为0.73,模型验证的r~2、相对误差(RE)和均方根误差(RMSE)分别为0.63、2.83%、1.68;抽穗期选取3个植被指数(GNDVI、GOSAVI、CARI)建模效果最好,模型率定的r~2为0.81,模型验证的r~2、RE、RMSE分别为0.63、2.83%、1.68;灌浆期选取2个植被指数(MSR、NGBDI)建模效果最好,模型率定的r~2为0.67,模型验证的r~2、RE、RMSE分别为0.65、2.83%、1.88。因此,无人机多光谱影像结合逐步回归模型可以很好地监测冬小麦SPAD值动态变化。     

海带孢子体光合活性对不同温度和光照的响应

为了从生理生态学角度解答温度和光照对海带孢子体生长过程的影响,探索海带孢子体对温度和光环境的生理响应机制,实验在测定养殖海域海带孢子体生长参数的基础上,设定了6、10、14和18°C 4个水温梯度的海带孢子体暂养实验,以及它们在0、25、70、133、230、317、421、582、786μmol photons/(m2·s) 9个光合有效辐射(PAR)梯度下的光合活性荧光参数测定。结果显示:①在6°C水温条件下,海带孢子体荧光参数Fv/Fm和Fv/F0最大,分别为0.71和2.40;在18°C水温条件下,其Fv/Fm和Fv/F0最小,分别为0.65和1.85;②暂养海带孢子体的光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(qN或NPQ)在18°C水温条件下达到最大,分别为0.92和3.29;③海带孢子体的快速光曲线随着光合有效辐射(PAR)的增强呈现先上升后下降的趋势;④海域养殖海带孢子体的最大叶长增长速率、叶宽增长速率和干重增重率分别为1.34 cm/d、0.33 cm/d和1.01 g/d。研究表明,海带孢子体干重生长率变化与不同水温条件下的快速光曲线变化一致,高温抑制了海带孢子体光合效率;当环境光合有效辐射大于样品光饱和点(Em)后,海带孢子体相对电子传递速率下降,光合作用受到抑制。