基于可见/近红外漫反射光谱的土壤有机质含量估算方法研究

为研究不同土壤颗粒粒径对可见/近红外光谱分析技术在土壤有机质含量快速检测应用中的影响,获取粒径为0.169～2 mm和＜0.169 mm的2种土壤样本(各53个)的可见/近红外光谱(325～1075 nm),分别建立各自的主成分-反向传播神经网络(PCA-BPNN)、最小二乘-支持向量机(LS-SVM)和偏最小二乘法(PLS)土壤有机质含量检测模型.结果表明:当土壤粒径为0.169～2 mm时,所建立模型的土壤有机质含量预测相关系数r均在0.84以上,且预测均方根误差(RMSEP)都在0.20以下;而当土壤粒径＜0.169 mm时,所建立模型的预测相关系数r均不超过0.71.而RMSEP都在0.23以上;对于相同粒径的土壤,PLS模型对土壤有机质含量的预测效果优于LS-SVM和PCA-BPNN模型.说明不同土壤颗粒粒径会显著影响可见/近红外光谱对于土壤有机质含量的预测结果.     

可见/近红外光谱技术识别树叶树种的研究

探索使用可见/近红外光谱技术识别树叶树种的可行性,为野外可见/近红外光谱技术用于树种识别提供方法。本试验识别了9个树种,测试了光谱预处理方法、识别方法对可见/近红外光谱识别的准确率的影响。对9种阔叶树种共46棵树,分别采用距离法和PLS-DA建立识别模型,比较不同波段和导数预处理方法对模型预测效果的影响。结果表明,使用距离法对原始光谱进行识别时,识别准确率<50%,不能够有效识别树叶树种。使用距离法对预处理后的光谱进行识别时,识别准确率为近红外350～2 500nm(99.16%)>350～1 000nm(88.05%)>1 000～2 500nm(81.24%),且任意单个树种的识别准确率都>98%,能够有效识别树叶树种。使用偏最小二乘法(PLS-DA)结合单列识别变量矩阵时,识别准确率高达100%,识别模型的相关系数为0.993 6,RMSEC为0.120,RMSEP为0.144,但只能成功识别4种树叶树种,当树叶种数>4时,预测模型的识别准确率陡降。使用偏最小二乘法(PLS-DA)结合多列识别变量矩阵对9种树叶的识别准确率高达99.58%,识别模型的相关系数为0.888 6～0.956 9,RMSEC为0.084 5～0.15,RMSEP为0.088 7～0.155。本试验为可见/近红外光谱技术快速识别树种提供了一种新的方法和思路。     

稻叶瘟染病程度的可见-近红外光谱检测方法

基于可见-近红外光谱技术,并采用偏最小二乘算法对不同水稻稻叶瘟染病程度的叶片进行化学计量学分析.分别建立基于全波段、特征波段和特征波长的稻叶瘟染病程度定量检测模型.结果表明:全波段建模的叶瘟病染病程度检测正确率达到96.7%;通过偏最小二乘算法的回归系数选择5个特征波段.分别为552～558、672～682、719～726、756～768和990～998 nm,基于特征波段的模型正确率也达到了90%,说明该5个特征波段与叶瘟病染病程度有很好的相关性;基于特征波段结果,选择5个特征波长,对叶瘟病染病程度的检测正确率为80%.说明基于可见-近红外光谱技术方法具有较好的预测能力,为稻叶瘟染病程度的快速鉴别提供了一种新方法.     

液态纯牛奶可见/近红外光谱MPLS全局定标法鉴别研究

结合可见/近红外光谱技术和化学计量学方法,建立一种液态纯牛奶品牌鉴别模型。利用近红外分析仪InfraXactTM获得3种品牌共90个样本的漫反射光谱,对570-1 850 nm的光谱进行光谱散射和数学预处理,而后进行PCA聚类分析,剔除奇异样本;最后对3种品牌赋值,以主成分回归（PCR）和改良偏最小二乘法（MPLS）的全局（Global）定标方法建立鉴别模型,并进行内部交叉检验和外部检验。实验结果表明,MPLS鉴别模型内部交叉检验相关系数（1-VR）和交叉检验标准误差（SECV）分别为0.961、0.326,外部检验相关系数（RSQ）、预测标准差（SEP）、检验偏差（Bias）分别为0.939、0.506、0.198,模型鉴别结果具有较高的精确度。     

生姜水分含量的可见-近红外光谱检测

近红外光谱技术具有简便、快速和无损检测等优点,应用可见-近红外光谱方法建立生姜水分含量(moisture content)的预测模型.利用可见-近红外光谱仪采集308个生姜的光谱,其光谱范围是350～1 800 nm.分别采用一阶导数(FD)、二阶导数(SD)、标准正交变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)4种方法对光谱进行预处理,结合偏最小二乘法(PLS),分别在430～1 000 nm、1 000～1 800nm、430～1 800 nm 3个波段建立生姜水分含量的PLS预测模型.对实验结果进行分析表明,在波段范围430～1 800 nm使用一阶导数预处理方法建立的PLS模型最优.其验证组的相关系数为0.975 1,预测组的相关系数为0.959 7.结果表明,可见-近红外光谱可以准确、快速地对生姜的含水量进行检测.     

干旱区盐渍地土壤含水量分布及其光谱特征研究

[目的]为科学和合理种植作物以及提高作物产量提供参考数据。[方法]采集研究区48个点的盐渍地土壤,测得土壤含水量数据,并且在自然光源和人工光源条件下采集土壤光谱反射率数据,对反盐期不同深度土壤的含水量进行统计分析,研究土壤烘干前和烘干后的光谱反射率,对自然光源的土壤光谱反射率进行一阶、二阶、三阶、四阶、五阶和六阶导数微分处理,剖析人工光源的土壤光谱反射率数据、自然光源的光谱反射率、导数微分变换后的光谱反射率数据与土壤含水量之间的相关分析,进行一元一次、一元二次、指数、二元逐步回归、偏最小二乘回归(PLSR)函数的拟合,并用总均方根误差(RMSE)以及显著性水平验证拟合函数的精度。[结果]表层土壤(0~10 cm)的含水量明显低于10~30 cm深度的土壤含水量,且表层土壤含水量由于土壤盐渍化程度的不同而存在差异,绿洲内部和外围的土壤含水量也存在明显差异;干燥土壤的光谱反射率曲线比湿润土壤更高;人工光源、自然光源获取的土壤光谱反射率数据与土壤含水量之间呈负相关关系,人工光源的相关性比自然光源的相关性略高;自然光源获取的光谱反射率经过导数微分形式的变换后与土壤含水量之间的相关性得到很好的提高;人工光源的最佳拟合方程为一元二次方程Y=266.4X21680+35.2X1680+1.9,RMSE为0.33,显著性水平P0.01;自然光源的最佳拟合方程为偏最小二乘方法的光谱反射率的四阶形式,RMSE为0.89,显著性水平P0.01。[结论]该研究能够为干旱区土壤含水量和光谱特征的关系的研究提供数据支撑,奠定高光谱技术在干旱区的应用基础。     

基于近红外光谱苗期玉米叶片叶绿素含量的无损检测方法

试验以42片未经处理的苗期玉米叶片为试材,采用近红外光谱检测技术和SNV+Detrending的预处理方法,应用偏最小二乘回归分析方法建立定量分析模型,通过测定近红外光谱图,研究3 300~10 000 cm-1范围内苗期玉米叶片的光谱特性。结果表明,测定苗期玉米叶片叶绿素含量的决定系数R2为0.989,残差均方根RMSE为0.047,采用近红外光谱快速检测苗期玉米叶片叶绿素含量是可行的。     

长波近红外光谱在土壤总氮分析与稳定性中的应用

[目的]通过定标集、预测集、检验集的建模过程,采用偏最小二乘(PLS)方法结合波段选择建立土壤总氮快速分析的近红外(NIR)光谱模型。[方法]为了避免模型评价失真,基于随机性、相似性和稳定性,提出一种严谨的建模体系。将全谱扫描区(400～2 498nm)分成可见区(400～780 nm)、短波近红外区(780～1 100 nm)和长波近红外区(1 100～2 498 nm)。[结果]经过比较、检验,结果表明长波近红外达到了最好的模型效果和稳定性,最优PLS因子数为8,检验的预测均方根误差(V-SEP)和预测相关系数(V-RP)分别为0.118 g/kg和0.857,得到客观、稳定的预测模型。     

基于可见-近红外光谱变量选择的土壤全氮含量估测研究

【目的】变量选择是可见光-近红外光谱研究至关重要的步骤,通过分析可见光-近红外光谱不同特征的选择方法筛选出土壤全氮敏感波段,建立基于敏感波段的土壤全氮最佳预测模型,为土壤全氮的快速定量估算提供重要的理论指导依据。【方法】在红壤典型地区江西省吉安县采集代表性土壤样品120个,对可见光-近红外光谱采用主成分分析（PCA）、无信息变量消除（UVE）和无信息变量消除后结合连续投影（UVE-SPA）3种变量特征选择方法,建立基于不同变量选择的偏最小二乘回归（PLSR）模型、最小二乘-支持向量机（LS-SVM）、反向传播神经网络（BPNN）和遗传算法优化的反向传播神经网络（GA-BPNN）模型,从模型对预测集的预测精度分析不同变量选择方法对不同土壤全氮定量估算模型的差异。【结果】经UVE算法筛选后,光谱变量从200个减少至59个,其中可见光波段处10个,其余在近红外光谱的合频区和一倍频区,信息量丰富;进一步采用SPA进行变量选择,得到共线性最小的5个有效波长,分别为820、940、1 040、1 060和1 990nm;基于UVE变量选择建立的PLSR、BPNN、GA-BPNN和LS-SVM模型,经不同的土壤全氮的数据检验,预测精度最高的为LS-SVM,决定系数（R2）、均方根误差（RMSEp）和相对偏差（RPD）分别为0.7492、0.2921和1.8904;基于UVE-SPA特征选择建立的PLSR、BPNN、GA-BPNN和LS-SVM模型对预测集的验证表明,UVE-SPA提取的特征波段建立的LS-SVM建立模型预测效果最好,其建立的LS-SVM定量估算模型预测集的决定系数R2为0.7945,均方根误差RMSEp为0.2499相对偏差RPD为2.0009,模型稳定;基于PCA提取的7个主成分建立的LS-SVM、BPNN和GA-PBNN模型预测性能差,不能用于定量估算土壤全氮。对比相同的变量建立的GA-BPNN和BPNN,GA-BPNN预测性能比BPNN高。【结论】UVE-SPA变量选择方法结合LS-SVM模型能用来估算土壤中的全氮含量,同时UVE-SPA是一种有效的土壤光谱变量选择方法。     

牙鲆变态发育过程中epigen基因的空间表达分布

细胞分裂在鲽形目鱼类变态过程中发挥了重要作用。Epigen作为表皮分裂原,通过激活MAPK通道来调控有丝分裂。以前的研究利用定量PCR表明,epigen在变态前期表达量升高,而变态后期表达量下降,表明其与变态发育相关。为了进一步调查epigen与牙鲆变态发育的关系,利用RNA整体原位杂交技术检测了epigen在变态期牙鲆体内的空间表达分布,发现在变态期的各个阶段,epigen基因表达分布均比较广泛,表皮、鳃、肝脏、肠道、鳍条、支鳍骨、肌节等组织都有表达,在牙鲆变态前和变态早期(E期)信号较强,而在变态高峰期(F期和G期)和变态后期(H期)信号逐渐变弱。Epigen空间表达分布模式提示,其作为表皮分裂原,可能广泛参与牙鲆变态发育早期事件,尤其可能与肝脏、肠道、支鳍骨和鳍条的发育有关。     

改进原位循环灌流法分离小鼠肝细胞研究

【目的】建立小鼠肝细胞分离原位循环灌流方法,为肝脏细胞蛋白质组研究提供技术技持。【方法】参考Seglen胶原酶两步原位灌流法,对其进行改进,建立原位循环灌流分离小鼠肝细胞方法,对小鼠肝脏进行原位循环灌流,离体消化肝脏组织,差速离心获得纯化小鼠肝细胞;台盼蓝拒染试验检测肝细胞活性,常规血球计数法计算肝细胞得率;利用显微形态观察、HE、PAS及免疫细胞化学等检测方法鉴定所获得的肝细胞纯度;用含体积分数20%FBS的RPMI-1640细胞营养液对原代小鼠肝细胞进行培养。【结果】建立了原位循环灌流分离小鼠肝细胞的方法,采用该方法可从每只小鼠肝脏中成功分选到细胞活性大于90%、纯度在95%以上的(4.2×107)～(6.5×107)个肝细胞。原代分离的小鼠肝细胞培养4h后,大多数细胞可贴壁,12h后贴壁完全,细胞呈伸张状态,该原代肝细胞可持续培养7d以上,且细胞形态状况良好。【结论】成功建立了小鼠肝脏原位循环灌流试验体系,获得了纯度和活性均较高的小鼠肝细胞,分选所得的小鼠肝细胞完全满足构建肝细胞蛋白质组表达谱试验的需要。     

复配钝化剂对镉污染稻田修复效果及其对土壤质量的提升

为评估复配钝化剂在真实环境下对Cd污染稻田的钝化修复效果及对土壤环境质量的影响,在安徽某地开展连续3 a的原位钝化修复实验,分析钝化剂对水稻Cd吸收、土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物群落结构与功能的影响。结果表明：复配钝化剂[1%生物炭+0.2%硅肥（BS）和1%生物炭+0.2%石灰（BL）]显著降低土壤中DTPA提取态Cd含量（29.4%~40.1%）;复配钝化剂可使水稻籽粒Cd含量降低60%以上,优于2%的单独生物炭处理,且对水稻产量无不利影响。复配钝化剂使土壤pH、有机质含量（OM）、阳离子交换量（CEC）分别增加了0.77~1.25个单位、13.5%~52.0%、8.4%~38.5%,有效改善了土壤环境质量。土壤脲酶、磷酸酶、FDA水解酶的活性随着BS的施加分别提升了31.3%、38.7%、33.1%。同时,钝化剂还通过改变土壤理化性质（pH、CEC、DTPA提取态Cd含量等）显著改变了土壤微生物群落结构,但对微生物多样性无显著性影响,表明修复后土壤微生物群落生态系统稳定。微生物功能预测表明与碳代谢、能量代谢等新陈代谢相关基因簇的丰度在BS处理下明显提高,证明复配钝化剂降低了重金属的毒性,增加了土壤微生物活性。综上,复配钝化剂BS不仅可以实现Cd污染稻田的原位钝化修复,而且可以有效改善土壤环境质量,提升土壤生态功能。     

六倍体小黑麦染色体的荧光原位杂交分析

采用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)技术对六倍体小黑麦进行了研究,以鉴定其含有的黑麦染色体的数目和结构特点,了解小黑麦基因组组成,为其在小麦遗传育种中的应用提供参考.分别以黑麦基因组DNA及pSc200和pSc250探针进行顺序GISH-FISH分析,结果显示该小黑麦含有21对染色体,来源于黑麦的2对染色体的长臂端部出现pSc200和pSc250信号,而另外5对染色体的两端部都有该信号.以Oligo-pSc119.2-1,pSc200和pSc250探针对小黑麦进行了双色FISH分析,发现小黑麦的Oligo-pSc119.2-1信号与黑麦基本相似,而pSc200和pSc250信号与黑麦的差异较大.以黑麦基因组DNA及Oligo-pAs1-1和Oligo-pSc119.2-1为探针对小黑麦进行顺序GISH-FISH分析,鉴定其基因组组成为AABBRR;同时发现小黑麦染色体的一些FISH信号发生了变化,其原因可能是小黑麦形成过程中染色体结构发生了改变,从而导致小黑麦的DNA重复序列呈现多态性.     

甘蓝型油菜与黑芥双倍体减数分裂的原位杂交分析

【目的】探明植物杂种后代减数分裂异常与花粉败育之间的关系。【方法】通过甘蓝型油菜与黑芥种间杂交和基因组加倍,获得芸薹属三基因组双倍体,采用基因组原位杂交方法,观察三基因组双倍体花粉母细胞的减数分裂规律。【结果】与单倍体相比,双倍体花粉育性得到一定恢复,但可育花粉的比例较低,只有10%~20%。基因组原位杂交结果显示,双倍体花粉母细胞减数分裂终变期染色体以形成同源二价体为主,但也有部分染色体形成四价体或六价体。四价体有3种形式:B基因组染色体形成的四价体、AC基因组染色体形成的四价体及B与AC基因组之间形成的异配四价体。减数分裂后期Ⅰ染色体均等分离的细胞占总数的70%左右,在第2次减数分裂期也观察到非正常分裂如非四分孢子、微核等现象。【结论】减数分裂过程中的染色体异常行为可能是导致花粉育性不高的重要原因;虽然不正常的减数分裂导致花粉育性下降,但双亲染色体的异源联会可为双亲遗传物质的交换提供条件。     

原位和异位发酵床控制生猪养殖废弃物污染对比

为了对比原位和异位发酵床应用方式和削减污染物能力的差异,本研究分析了在相同条件下两种发酵床模式对生猪养殖废弃物的处理效果。结果表明:异位发酵床温度和pH值的变化幅度均较小,为嗜热菌群的生长繁殖提供了适宜的环境;与原位发酵床相比,异位发酵床更有利于生猪的生长,生猪平均质量增加33 kg左右;发酵结束时,原位发酵床垫料的优势菌门是厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes),异位发酵床的优势菌门为放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门和变形菌门;发酵结束时异位发酵床垫料对生猪养殖废水的吸纳系数为1.96,优于原位发酵床垫料对生猪养殖废水的吸纳系数(1.46)。研究表明,异位发酵床较原位发酵床具有更加稳定的温度和pH值,并且以Bacillus为主的降解菌相对丰度较高,从而加快了微生物的代谢过程,促进了生猪粪污和废弃秸秆的降解。     

不同坡位下柠条根系分布特征及其与土壤含水量的关系研究

【目的】探究生态脆弱区不同坡位样地柠条（Caragana korshinskii）根系分布特征及其与土壤含水率的关系,为生态脆弱区人工植被建设与管理提供参考。【方法】以内蒙古自治区西部包头市达茂旗作为研究区,于2021年8月在研究区内选择生长在同一坡面（坡度约为6°,坡面为西北坡）的柠条（林龄为17年）林地作为试验地,分别在坡面的上、中、下选取样地,分析3个坡位样地中柠条不同径级（细根（0~2 mm）、小根（>2~5 mm）、中根（>5~20 mm）、大根（>20~50 mm）根系形态特征（长度、体积和表面积）和土壤含水率在水平、垂直方向的分布特征,且对不同坡位样地中柠条根系形态指标与土壤含水率的相关性进行了分析。【结果】在各样地中,柠条根系形态指标和土壤含水率均表现为坡下＞坡中＞坡上。柠条细根、小根、中根、大根的根长、体积和表面积均表现为随着与柠条标准丛根基处水平距离和土层深度的增加而总体减少。在水平方向上,土壤含水率随着与距柠条标准丛根基处水平距离的增加而逐渐减少;在垂直方向上,土壤含水率随着土层深度的增加而减少。柠条根系的总长度、总体积和总表面积与土壤含水率均呈极显著正相关。【结论】不同坡位下柠条根系特征和土壤含水率均存在明显差异,柠条根系部分形态指标在一定程度上能够反映土壤含水率的大小。     

环磷酰胺诱导的尼罗罗非鱼体内外肝损伤模型的构建

以环磷酰胺(CTX)为诱导物，建立罗非鱼体内外急性肝损伤模型。体外，0、5、10、15、20和25 mmol·L^-1 CTX 分别作用于离体培养的罗非鱼精密肝切片（PCLS）6 h 后，测定切片培养上清中谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）和乳酸脱氢酶（LDH）水平，同时收集肝切片，用噻唑蓝（MTT）法检测肝切片增殖活性，测定切片内总抗氧化能力（T-AOC）、丙二醛（MDA）、过氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）水平。体内，采用胸腔注射法造模，每千克鱼体重分别注射0、10、25、75和100 mg环磷酰胺（下文以mg·kg^-1表示），每隔3 d给药1次，连续3次。末次给药后第4天取血，测定罗非鱼血清中GPT、 GOT 和LDH及肝组织匀浆中T-AOC 、MDA、SOD和GSH水平。结果显示： 20～25 mmol·L^-1 CTX作用体外培养精密肝切片6 h及75～100 mg·kg^-1 CTX胸腔注射罗非鱼后，均可以导致GPT、GOT和 LDH 活力显著升高；T-AOC、SOD活力及GSH含量显著下降，MDA含量显著提高。同时，20 和25 mmol·L^-1 CTX能导致肝切片增殖活性显著下降，分别为空白对照组的67.29%和55.41%，且有剂量依赖性。结果表明：CTX可引起罗非鱼肝损伤；分别采用20 mmol·L^-1 CTX 作用体外培养PCLS 6 h或者采用75～100 mg·kg^-1 CTX胸腔注射罗非鱼，每隔3 d给药1次，连续3次，均可以构建体内外急性肝损伤模型。     

甜柚叶绿素含量高光谱无损检测模型

目的 为监测甜柚Citrus maxima果树生长健康状况及预测甜柚产量,以赣州南康地区一片甜柚果园为研究对象,建立甜柚叶片叶绿素含量检测模型。方法 使用Field Spec4便携式地物光谱仪和SPAD-502叶绿素仪测定甜柚叶片光谱及SPAD值,分别采用单变量回归、逐步回归及偏最小二乘法(PLS)构建其叶绿素含量高光谱无损检测模型并进行精度检验。结果 原始光谱在553 nm处、一阶光谱在692和752 nm处的反射率与叶绿素含量相关性最高,这3个波段为甜柚叶片光谱反射率敏感波段;当主成分个数为4时,PLS具有最高的精度,且基于PLS技术所建立的模型较单变量、逐步回归模型精度更好,模型拟合度较高,其决定系数(r²)最高,为0.869,均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)最小,分别为3.013和6.82%。对原始光谱、一阶导数光谱及PLS拟合的估测模型进行对比分析显示,PLS模型无论是从建模样本精度还是模型预测能力方面均优于前2种传统模型。结论 PLS模型适合于利用高光谱数据进行叶绿素含量的估测,可作为甜柚叶绿素含量的最佳无损检测模型。