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基于生成对抗网络的树种识别方法

林业科学 2024年第2期60卷 97-105页

作者：苏彤许杰黑龙江八一农垦大学信息工程学院大庆163319 山东华宇工学院信息工程学院德州253034

【目的】利用卷积神经网络模型进行图像自动识别时,为防止模型过拟合通常需要大量训练样本。本研究为提高树种识别准确率,在原有叶片图像基础上进行图像样本扩充来保证训练质量,提出一种融合生成对抗网络与卷积神经网络的树种识别方法... 详细信息

【目的】利用卷积神经网络模型进行图像自动识别时,为防止模型过拟合通常需要大量训练样本。本研究为提高树种识别准确率,在原有叶片图像基础上进行图像样本扩充来保证训练质量,提出一种融合生成对抗网络与卷积神经网络的树种识别方法。【方法】在Pytorch框架下,采集10种常见树种(山杨、梣叶槭、榆、刺槐、紫丁香、杜仲、火炬树、山荆子、水曲柳、红端木)叶片图像作为研究对象。首先,采用均值滤波去噪和尺寸归一化对图像进行预处理。其次,以生成对抗网络生成的图像扩充数据集,其中,以深度卷积生成对抗网络(DCGAN)模型为基础并对其进行改进,建立残差条件深度卷积生成对抗网络(RC-DCGAN)模型,将随机噪声和类别标签作为生成器的输入,以控制样本生成过程;在生成器中嵌入残差结构,使生成模型学习更多特征信息,以提高生成图像质量。然后,将原始图像和扩充图像作为卷积神经网络(CNN)的训练集,一方面,使用RC-DCGAN模型和旋转、镜像、改变对比度等传统图像扩充方法,扩充图像11400幅;另一方面,将原始图像与生成图像、原始图像与传统扩充图像,分别输入至CNN中进行训练,并在原始图像的每个类别中随机挑选50幅对模型进行测试,以验证生成对抗网络对提升识别准确率的可行性。最后,确定适合试验要求的CNN分类模型,并与AlexNet模型、VGG-16模型、VGG-19模型、ResNet18模型的识别效果进行对比,以检验本研究方法的可行性。【结果】RC-DCGAN模型比DCGAN模型生成的图像质量更高,贴合真实图像;利用生成对抗网络扩充图像的方法与ResNet30树种识别模型,训练准确率为99.03%,平均验证识别准确率为97.20%;而在相同树种识别模型下,传统图像扩充方法的识别率为95.50%;在相同数据集下,AlexNet模型、VGG-16模型、VGG-19模型、ResNet18模型所获得的识别率分别为86.52%、87.57%、91.43%、93.25%,均低于本研究模型的识别率。【结论】联合生成对抗网络和卷积神经网络的方法对本研究10种树种叶片图像的识别准确率最高,且克服了使用传统图像处理扩充方法使模型泛化能力下降的问题,说明利用生成对抗网络对图像扩充的方法具有可行性和有效性,可为相关研究工作提供借鉴。

关键词：卷积神经网络树种识别生成对抗网络残差结构

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平欧榛子副产物不同溶剂提取物的生物活性评价及超高效液相色谱-质谱分析

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食品科学 2024年第1期45卷 32-41页

作者：苏可欣赵玉红东北林业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150040 黑龙江省森林食品资源利用重点实验室黑龙江哈尔滨150040

采用不同极性溶剂(水、甲醇、80%乙醇溶液和乙酸乙酯)对平欧榛子的副产物(叶、果苞、壳、枝条和种皮)进行酚类物质提取,对其体外抗氧化、降血糖、抗炎活性进行评估,并利用超高效液相色谱-质谱(ultra-high performance liquid chromatogr... 详细信息

采用不同极性溶剂(水、甲醇、80%乙醇溶液和乙酸乙酯)对平欧榛子的副产物(叶、果苞、壳、枝条和种皮)进行酚类物质提取,对其体外抗氧化、降血糖、抗炎活性进行评估,并利用超高效液相色谱-质谱(ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry,UPLC-MS)联用技术对其多酚类物质进行鉴定。榛子叶和枝条提取物比果苞、壳和种皮提取物具有更强的体外抗氧化、降血糖和抗炎活性,主要与榛子副产物中的总酚和原花青素相关,其中榛子枝条的甲醇提取物中总酚(以干质量中没食子酸质量计)和原花青素(以干质量中原花青素质量计)含量最高,分别为(37.13±0.22)mg/g和(2.27±0.04)mg/g,榛子叶的80%乙醇溶液提取物中的总黄酮(以干质量中芦丁质量计)含量最高,为(18.21±1.37)mg/g。乙酸乙酯提取物的总酚、总黄酮和原花青素含量在相同部位提取物中最低,但是对α-淀粉酶活性和脂氧合酶活性具有显著抑制能力(P<0.05),其中果苞的乙酸乙酯提取物抑制α-淀粉酶的效果最好,叶的乙酸乙酯提取物对脂氧合酶的抑制作用最强。经UPLC-MS分析可知,平欧榛子副产物中的酚类物质以黄酮类化合物居多,另外还含有萜类、生物碱、木脂素和有机酸等多种活性物质。平欧榛子副产物中的活性成分具有应用于功能食品或药品中的潜能。

关键词：平欧榛子副产物酚类物质生物活性主成分分析相关性分析

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制种玉米去雄无人机旋切装置设计与试验

农业机械学报 2024年第4期55卷 53-63页

作者：陈立平欧鸿张瑞瑞丁晨琛伊铜川海锦辉广西大学机械工程学院南宁530004 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题,提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素,分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响,并... 详细信息

针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题,提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素,分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响,并轻量化设计了旋切装置总体结构,确定了旋切装置的旋切范围为44~150 mm,可展范围为541~1318 mm,总质量为4.03 kg。通过旋切部件切割建模与仿真,选取了竖直进给切割的旋切方式,并由台架试验得到了旋切装置切割反扭力矩最小时的最优参数组合。在上述基础上将旋切装置与无人机集成开展田间试验。研究表明,当旋切转速3954 r/min、竖直进给速度5.9 mm/s、刀具刃角32°时,旋切装置单位切割力为10.54 MPa,能完全切除雄穗,去雄无人机田间叶片损伤率为14.58%,高度波动率为1.88%,满足制种玉米去雄要求。

关键词：制种玉米去雄无人机进给切割旋切装置

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不同浓度氧气对氧化铁促进的非生物腐殖化产物光谱特性的影响

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1620-1626页

作者：张颖超毕志涛田雯鑫徐锐唐首锋石洪影张鸿琼燕山大学环境与化学工程学院环境工程系河北秦皇岛066004 云南省农村能源工程重点实验室云南昆明650500 河北省水体重金属深度修复与资源利用重点实验室河北秦皇岛066004 黑龙江博能绿色能源科技股份有限公司黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学工程学院新能源科学与工程系黑龙江哈尔滨150030

腐殖化是有机残体经微生物转化或化学氧化聚合形成腐殖质的固碳过程,产物腐植酸(HA)所具有的活性基团对污染物的环境化学行为有重要影响。天然矿物如含Mn/Fe/Al/Si的氧化物可以促进有机单体小分子物质(如多酚、还原性糖、氨基酸等)氧化... 详细信息

腐殖化是有机残体经微生物转化或化学氧化聚合形成腐殖质的固碳过程,产物腐植酸(HA)所具有的活性基团对污染物的环境化学行为有重要影响。天然矿物如含Mn/Fe/Al/Si的氧化物可以促进有机单体小分子物质(如多酚、还原性糖、氨基酸等)氧化聚合成HA。作为天然氧化剂,氧气可与金属氧化物协同促进非生物腐殖化,并提高产物HA质量。不同氧气浓度对金属氧化物促进的非生物腐殖化及有机质基团演化的影响尚不清楚。该研究选择儿茶酚和甘氨酸作为腐殖化前体物,分别代表多酚和蛋白质类物质降解的小分子。采用氧化铁作为腐殖化强化剂。对反应过程中的溶液及提取的HA进行紫外可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析。结果表明,在不同氧气浓度气氛下,有机质芳构化程度(UV_(254))依次表现为:21%氧气浓度>40%氧气浓度>0%氧气浓度。HA产量变化趋势与UV 254结果一致,且在21%氧气浓度下,HA产量较40%与0%氧气浓度提升了25%。XPS光谱分析表明:21%氧气促进了HA中胺基N向吡咯N的转化,而40%氧气浓度则促进了胺基N向酰胺N的转化,0%氧气浓度下HA仍有胺基N。FTIR分析结果表明:·OH促进芳香类物质环裂形成了HA中的含氧官能团(C O,COOH)。FTIR与UV-Vis的异质二维谱图分析结果表明,氧气促进了氨基酸转化成HA的C O基团及酰胺转化成HA的芳基与脂肪族基团。结构方程模型(SEM)分析结果表明:铁离子溶出量是影响HA产率的关键因素,21%浓度的氧气通过促进铁离子的溶出加速了有机质的聚合。此外,Fe^(2+)/Fe^(3+)与HA产率呈负相关,说明氧气通过促进铁离子的转化间接影响了腐殖化反应。氧气浓度影响了腐殖化产物的转化,进而影响了HA的产量和官能团组成。研究揭示了氧气浓度对腐殖化产物的影响,为腐殖化理论的完善提供参考。

关键词：腐殖化氧化铁氧气浓度 X射线光电子能谱二维相关光谱

三种改性方式对全谷物玉米粉营养成分及加工特性的影响

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食品与发酵工业 2024年第18期50卷 186-193页

作者：吴卓昊宋春丽董强任健齐齐哈尔大学食品与生物工程学院黑龙江齐齐哈尔161006 黑龙江省玉米主食工业化工程技术研究中心黑龙江齐齐哈尔161006 齐齐哈尔市检验检测中心黑龙江齐齐哈尔161005

该文研究了超微粉碎、挤压膨化、乳酸菌发酵3种改性方式对全谷物玉米粉营养成分与加工特性的影响,为不同改性玉米粉在不同主食产品中的潜在应用提供了理论依据。结果表明,3种改性粉中,超微粉碎粉的蛋白质含量(5.90%)、慢消化特性改善最... 详细信息

该文研究了超微粉碎、挤压膨化、乳酸菌发酵3种改性方式对全谷物玉米粉营养成分与加工特性的影响,为不同改性玉米粉在不同主食产品中的潜在应用提供了理论依据。结果表明,3种改性粉中,超微粉碎粉的蛋白质含量(5.90%)、慢消化特性改善最为显著,适合保留玉米原本营养、慢消化需求食品中添加;挤压膨化粉的持水力、持油力(5.16 g/g、1.22 g/g)、凝胶能力(3.24 g/g)、溶解度(7.5%)、弹性(2.62 mm)和胶黏性(1.03 N·mm)改善最为显著,适合冲调类、黏弹性高的食品中添加;发酵粉的淀粉含量(83.62%)、膨润力(6.43%)、灰分含量(0.44%)、弹性模量和黏性模量、粉体色泽改善最为显著,适合面制品中添加。该研究结果表明,3种不同方式改性的玉米粉在营养成分与加工特性方面存在显著差异,这为选择性地将全谷物玉米粉用于不同类型主食类食品提供理论依据与技术支撑。

关键词：超微粉碎挤压膨化乳酸菌发酵全谷物玉米粉加工特性

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酸碱位移结合喷雾干燥法制备染料木素三元包合物体系

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中草药 2024年第7期55卷 2197-2205页

作者：王明帅宁夏刘华石王井侠段亚辉耿晨阳王伟明黑龙江省中医药科学院黑龙江哈尔滨150036

目的优选染料木素三元包合物的制备工艺,并对其体外抗癌活性进行评价。方法通过相溶解度及分子模拟对染料木素二元与三元包合物的溶解性和稳定性进行评价,优选染料木素包合物的种类。通过处方和制备工艺研究,确定三元包合物的处方组成... 详细信息

目的优选染料木素三元包合物的制备工艺,并对其体外抗癌活性进行评价。方法通过相溶解度及分子模拟对染料木素二元与三元包合物的溶解性和稳定性进行评价,优选染料木素包合物的种类。通过处方和制备工艺研究,确定三元包合物的处方组成和制备工艺。利用傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射、差示扫描量热法和扫描电子显微镜等对染料木素三元包合物进行表征,采用人乳腺癌MCF-7细胞和人非小细胞肺癌A549细胞对染料木素三元包合物的抗癌活性进行考察。结果染料木素三元包合物与二元包合物相比溶解度更高、稳定性更好。研究表明,以处方染料木素与HP-β-CD物质的量比(1∶1.8),加入染料木素-HP-β-CD总质量5%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K30,通过酸碱位移结合喷雾干燥法制备染料木素三元包合物,染料木素的溶解度可达8.8 mg/mL,溶出度为93%;体外抗癌活性实验表明,染料木素三元包合物能明显增强染料木素对MCF-7细胞和A549细胞的抑制作用。结论优选工艺为酸碱位移结合喷雾干燥法制备染料木素三元包合物,能明显提高染料木素的溶解性,并显著增强染料木素对MCF-7细胞和A549细胞的抑制作用。

关键词：染料木素酸碱位移喷雾干燥三元包合物抗癌活性相溶解度分子模拟 MCF-7细胞 A549细胞

Bacillus subtilis HB-011全基因分析及酶学研究

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食品与发酵工业 2024年

作者：姬帅王新宇孙佳佳张晓彤章圣龙张智东北林业大学生命科学学院上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司黑龙江国宏节能环保有限公司

该研究以酶活性为评价指标，通过苯胺蓝脱色法，从自然界特殊环境中筛选出一株对木质素具有高效降解能力的产漆酶细菌，生理生化指标和16S rDNA分子生物学鉴定结果表明该菌株为枯草芽孢杆菌，命名为BacillussubtilisHB-011。通过GO、COG... 详细信息

该研究以酶活性为评价指标，通过苯胺蓝脱色法，从自然界特殊环境中筛选出一株对木质素具有高效降解能力的产漆酶细菌，生理生化指标和16S rDNA分子生物学鉴定结果表明该菌株为枯草芽孢杆菌，命名为BacillussubtilisHB-011。通过GO、COG、KEGG和CAZY数据库注解Bacillus subtilis HB-011全基因分析初步推测了其降解木质素相关途径。酶学性质研究实验表明，发酵漆酶在pH值为2～6、温度为20～55 ℃条件下具有较好的稳定性。菌株Bacillus subtilis HB-011在降解木质素方面具有很好的应用潜力。该研究为高效降解木质素漆酶的研究提供了菌种储备和理论依据。

关键词：枯草芽孢杆菌漆酶基因组测序酶学性质

外源精氨酸对盐碱胁迫下绿豆苗期生长的调控效用

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1263-1270页

作者：王晗昕王庆燕刘繁超庞园园方淑梅梁喜龙黑龙江八一农垦大学黑龙江大庆163319 黑龙江省植物生长调节剂工程技术研究中心黑龙江大庆163319

为明确外源精氨酸(Arg)对盐碱胁迫下绿豆苗期生长的调控效用,本研究以“绿丰2号”和“绿丰5号”两个绿豆品种为试验材料,以150 mmol·L^(-1)盐碱进行胁迫处理,研究叶面喷施不同浓度Arg对绿豆苗期形态和生理指标的影响。结果表明:叶面喷... 详细信息

为明确外源精氨酸(Arg)对盐碱胁迫下绿豆苗期生长的调控效用,本研究以“绿丰2号”和“绿丰5号”两个绿豆品种为试验材料,以150 mmol·L^(-1)盐碱进行胁迫处理,研究叶面喷施不同浓度Arg对绿豆苗期形态和生理指标的影响。结果表明:叶面喷施适宜浓度的Arg(1.0~1.5 mmol·L^(-1))可显著提高绿豆幼苗对盐碱胁迫的抗逆性,缓解植株地上部和根系生长所受损伤;光合色素含量、抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)和渗透调节物质含量(可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸)显著上升;ROS代谢产物超氧阴离子(O_(2)^(-·))产生速率和膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著下降;Arg通过提高绿豆苗期抗氧化酶活性及渗透调节物质含量,降低幼苗膜脂过氧化物的生成量,来保护细胞结构的完整,促进幼苗生长,从而增强绿豆苗期耐盐能力。

关键词：盐碱胁迫精氨酸绿豆渗透调节保护性酶膜脂过氧化物

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不同马铃薯淀粉含量差异的转录组学解析

作物学报 2024年第6期50卷 1503-1513页

作者：赵娜刘宇曦张朝澍石瑛东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030 寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150030

淀粉是马铃薯重要的品质性状之一,广泛应用于食品、医药、石油化工等行业,市场上对高淀粉马铃薯品种的需求逐年提高。为探究马铃薯块茎淀粉积累特性及调控的关键基因,本研究通过RNA测序分析,分别对高、低淀粉含量马铃薯品种大西洋(DXY)... 详细信息

淀粉是马铃薯重要的品质性状之一,广泛应用于食品、医药、石油化工等行业,市场上对高淀粉马铃薯品种的需求逐年提高。为探究马铃薯块茎淀粉积累特性及调控的关键基因,本研究通过RNA测序分析,分别对高、低淀粉含量马铃薯品种大西洋(DXY)、定薯1号(DS1)的匍匐茎(a)、块茎膨大前期(b)、块茎膨大中期(c)、块茎膨大后期(d)及成熟期(e)进行转录组谱分析,5个时期共获得9494个差异表达基因(DEGs),结合功能注释发现差异基因主要富集在结合绑定和催化活性等分子功能中,代谢通路分析发现差异基因主要富集在碳水化合物途径中,其中有137个DEGs与淀粉和蔗糖代谢相关。筛选获得9个调控淀粉合成关键基因,其中蔗糖合酶基因PGSC0003DMG400013547在大西洋整个生育期表达量较高,且在各时期表达量均高于定薯1号;果糖激酶基因PGSC0003DMG400026916在a、b时期大西洋的表达量显著高于定薯1号;定薯1号中淀粉酶基因PGSC0003DMG400009891、PGSC0003DMG400001549和葡聚糖内切-1,3-β-葡萄糖苷酶基因PGSC0003DMG400024642、PGSC0003DMG400003181分别在c和e时期表达量显著高于高淀粉品种大西洋。上述基因可能是参与淀粉的合成与积累的关键调控基因。本研究为不同类型马铃薯品种块茎淀粉代谢调控机制研究提供参考。

关键词：马铃薯发育时期淀粉合成积累转录组测序