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小麦籽粒重金属含量特征及人体健康风险评价——以河南省北部某县为例

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环境化学 2022年第4期41卷 1158-1167页

作者：李浩杰钞锦龙姚万程赵龙张朝刘庚太原师范学院地理科学学院太原030619 太原师范学院汾河流域科学发展研究中心太原030619 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012

为评价小麦籽粒重金属含量污染特征及其健康风险,以河南省北部某县为研究区,采集小麦籽粒样品283个,测定样品中As、Pb、Cd、Cr含量,采用污染指数法、健康风险评价等方法分析研究区小麦籽粒中重金属污染程度,揭示空间分布特征,并评价人... 详细信息

为评价小麦籽粒重金属含量污染特征及其健康风险,以河南省北部某县为研究区,采集小麦籽粒样品283个,测定样品中As、Pb、Cd、Cr含量,采用污染指数法、健康风险评价等方法分析研究区小麦籽粒中重金属污染程度,揭示空间分布特征,并评价人体健康风险.结果表明,小麦籽粒中As、Pb、Cd、Cr的平均含量分别为0.063、0.053、0.193、0.177 mg.kg^(-1),Cd的超标率最高;小麦籽粒中重金属综合污染指数为1.435,达到轻污染程度;空间分级特征结果表明,附近交通和钢铁化工企业等因素是产生高污染的主要原因;As、Cd、Cr对成人和儿童健康风险系数最小值为6.32×10^(-4),均超出USEPA推荐的最大可接受标准,存在较高的致癌风险.

关键词：小麦籽粒重金属污染评价健康风险

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小麦籽粒品质形成的影响因素及其生理机制

分子植物育种 2023年第1期21卷 284-292页

作者：姜雪刘凤莲刘云国周晓燕王德鹏满建国新疆大学生命科学与技术学院乌鲁木齐830000 临沂大学生命科学学院临沂276000 Department of Agriculture The University of SwabiSwabi23430Pakistan 华中农业大学植物科学技术学院农业部作物生理生态与耕作重点实验室武汉430070

小麦籽粒品质作为小麦重要的经济性状,主要受基因型、生态条件、栽培技术和储藏措施等综合作用。小麦籽粒品质存在显著地基因型差异,通过改变特定的基因位点或亚基可以优化籽粒品质。环境因素显著地影响小麦品质,适当增加温度、减少光... 详细信息

小麦籽粒品质作为小麦重要的经济性状,主要受基因型、生态条件、栽培技术和储藏措施等综合作用。小麦籽粒品质存在显著地基因型差异,通过改变特定的基因位点或亚基可以优化籽粒品质。环境因素显著地影响小麦品质,适当增加温度、减少光照强度和光照时数、土壤水分,有利于提高籽粒蛋白质的含量和改善小麦品质;适当晚播和施加适量氮肥可增加籽粒中蛋白质和湿面筋含量,提高降落值、吸水率和谷蛋白指数。适宜的储藏方式如气调储藏、低温储藏、热处理方法对于保证小麦的营养品质和加工品质至关重要。本研究结果为选育和栽培优质小麦提供理论参考和技术指导。

关键词：小麦籽粒营养品质加工品质影响因素生理机理

基于特定源风险评估模型的小麦籽粒铅超标风险预测

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环境科学 2022年第8期43卷 4212-4218页

作者：杨阳李艳玲牛硕陈卫平王天齐王美娥中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中交天津航道局有限公司天津市疏浚工程技术企业重点实验室天津300457 郑州大学河南先进技术研究院郑州450003

系统分析重金属铅(Pb)在“源-土壤-小麦”传输途径中的累积特征是小麦Pb污染防治的关键.以河南省济源市为例,在区域调查的基础上,耦合正定矩阵因子分解法、 Freundlich回归方程和Monte Carlo随机模拟方法,构建特定源风险评估模型(SRAM)... 详细信息

系统分析重金属铅(Pb)在“源-土壤-小麦”传输途径中的累积特征是小麦Pb污染防治的关键.以河南省济源市为例,在区域调查的基础上,耦合正定矩阵因子分解法、 Freundlich回归方程和Monte Carlo随机模拟方法,构建特定源风险评估模型(SRAM),预测不同场景下小麦籽粒Pb累积风险,并结合空间分析方法对区域污染防治措施进行评估和优化.结果表明,大气沉降和磷肥应用是区域农田土壤Pb污染的主要来源,贡献了小麦籽粒Pb超标累积的29.0%.土壤pH和阳离子交换量(CEC)是影响小麦籽粒Pb累积的关键土壤因子.在受大气污染影响显著的高风险区域(研究区西北和西部),通过相关措施提升土壤阳离子交换量(~20 cmol·kg^(-1))可将大气沉降源导致小麦籽粒Pb超标风险从10.5%显著降低至2.39%.

关键词：小麦籽粒 Pb累积风险传输途径评估随机模拟源解析正定矩阵因子分解法(PMF)

小麦籽粒抗性淀粉积累特性及淀粉合成相关酶基因表达分析

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植物生理学报 2021年第1期57卷 112-120页

作者：刘素君冯健超江薛丽姚永伟高宏欢马冬云河南农业大学农学院国家小麦工程技术研究中心/小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450046

本文旨在研究小麦(Triticum aestivum)籽粒抗性淀粉(resistant starch, RS)积累与淀粉合成相关酶基因表达的关系,以期为小麦营养品质改良提供一定的理论依据。以2个强筋小麦品种(‘新麦26’和‘郑麦366’)和1个黑小麦品种(‘周黑麦1号’... 详细信息

本文旨在研究小麦(Triticum aestivum)籽粒抗性淀粉(resistant starch, RS)积累与淀粉合成相关酶基因表达的关系,以期为小麦营养品质改良提供一定的理论依据。以2个强筋小麦品种(‘新麦26’和‘郑麦366’)和1个黑小麦品种(‘周黑麦1号’)为材料,研究籽粒灌浆过程中抗性淀粉积累特性及淀粉合成相关酶基因表达。结果表明,‘新麦26’表现最高的抗性淀粉含量;同时,其直链淀粉含量、B型淀粉粒(粒径2~9.8μm)表面积和数目分布百分比最高。在花后20~30 d,‘新麦26’和‘郑麦366’具有较高的抗性淀粉增加幅度,分别为65.6%和50.5%。籽粒发育过程中淀粉合成相关酶基因表达主要呈4种表达模式,其中在中、后期高表达的基因可能对淀粉积累起重要的作用;‘新麦26’在籽粒发育中、后期GBSSI的高表达以及SSI、SSIIa、SBEI和SBEIIa的较低表达可能有助于抗性淀粉含量的积累。

关键词：小麦籽粒抗性淀粉淀粉合成相关酶基因表达

小麦籽粒超氧化物歧化酶（SOD）活性全基因组关联分析

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中国农业科学 2021年第11期54卷 2249-2265页

作者：王继庆任毅时晓磊王丽丽张新忠苏力坛·姑扎丽阿依谢磊耿洪伟新疆农业大学农学院/农业生物技术重点实验室新疆农业科学院粮食作物研究所

【目的】小麦籽粒超氧化物歧化酶活性对小麦面粉色泽和营养品质具有重要影响,挖掘与小麦籽粒超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著关联位点及候选基因,为揭示小麦籽粒SOD活性的遗传机理和小麦面粉色泽的遗传改良奠定基础... 详细信息

【目的】小麦籽粒超氧化物歧化酶活性对小麦面粉色泽和营养品质具有重要影响,挖掘与小麦籽粒超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著关联位点及候选基因,为揭示小麦籽粒SOD活性的遗传机理和小麦面粉色泽的遗传改良奠定基础。【方法】采用氮蓝四唑(nitro-blue tetrazolium,NBT)光化还原法对3个环境下种植的212份普通小麦品种(系)进行SOD活性检测,结合90K SNP芯片的16 705个高质量SNP标记对小麦籽粒SOD活性进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),并对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘。【结果】不同环境下,各小麦品种(系)间的SOD活性表现出丰富的表型变异,变异系数为4.34%—5.23%,相关系数介于0.60—0.90(P小麦籽粒SOD活性显著关联的29个SNP位点,共筛选出7个SOD基因和2个与SOD活性有关的候选基因。

关键词：小麦籽粒 SOD活性全基因组关联分析 SNP 候选基因

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小麦籽粒高通量自动化考种设备设计与试验

小麦籽粒高通量自动化考种设备设计与试验

作者：文治颖西北农林科技大学

学位级别：硕士

小麦籽粒作为小麦的重要器官之一,其性状与小麦产量和品质密切相关,是品种选育、种质资源评估和小麦品质评价的重要依据。小麦籽粒考种作为小麦育种的关键环节,需要对小麦籽粒的数量、粒长、粒宽、长宽比、千粒重等参数进行测量,其考种... 详细信息

小麦籽粒作为小麦的重要器官之一,其性状与小麦产量和品质密切相关,是品种选育、种质资源评估和小麦品质评价的重要依据。小麦籽粒考种作为小麦育种的关键环节,需要对小麦籽粒的数量、粒长、粒宽、长宽比、千粒重等参数进行测量,其考种效率和精度直接影响品种的选育结果。然而目前的小麦籽粒考种设备自动化程度偏低,功能单一,无法实现大量不同品种小麦籽粒批量化的考种,严重制约着育种效率。本研究针对现有小麦籽粒考种设备自动化程度低、无法实现大量不同品种小麦籽粒批量化考种、小麦籽粒识别能力较差导致获取考种参数精度差等问题,以获取小麦籽粒参数指标为目的,进行小麦籽粒高通量自动化考种设备设计和研究。研究中结合硬件设备、三维软件,进行整体结构设计、软件设计、系统控制设计,通过深度学习网络和图像处理方法,对小麦籽粒合格情况、数量、粒长、粒宽、长宽比等参数进行准确获取,实现了不同品种小麦籽粒批量化、全自动化、高通量的高精度参数获取过程。本研究的具体内容和主要结论如下:(1)通过对小麦籽粒考种参数指标要求、设备存在问题和需求进行分析,采用Creo软件,进行考种设备整体结构和开盖装置、关盖装置、瓶盖输送装置、图像采集平台、称重平台、初始限位装置、扫码装置等组成部分设计,创建设备三维模型。对设备运行流程进行设计研究,确定自动考种和手动考种两种工作模式下的设备工作执行过程,满足大量不同品种小麦籽粒批量化、自动化考种的要求。(2)从总体控制角度出发,通过分析硬件需求,根据系统需要,进行控制硬件和执行元件选型,并对总体控制方案和步进电机、直流电机、舵机、柔性振动盘、电子天平、扫码器等各组成元件的控制方法进行设计和研究,搭建控制系统。根据系统考种流程,设计控制策略,编写自动考种和手动考种模式下逻辑控制程序,并基于Py Qt5软件,编写系统软件界面,提供用户操作和考种参数实时显示可视化界面,实现小麦籽粒高通量自动化考种设备稳定、快速、高效的自动运行。(3)针对普通考种设备不合格小麦籽粒和杂质的识别能力较差导致获取参数指标精度差的问题和实现籽粒计数,本研究通过Yolov5s深度学习网络,建立正常、破损、发霉小麦籽粒检测模型,实现小麦籽粒的准确识别与计数。经过300次迭代训练,模型训练定位损失和分类损失分别稳定在0.021和0.001左右,精确率P为98.6%,召回率R为98.4%,平均精度值(m AP)为99.2%,表明该模型具有良好检测效果。根据籽粒检测模型结果,获取正常小麦籽粒在图像中位置信息,截取正常小麦籽粒图像后,对其进行灰度化、高斯滤波和Canny边缘检测等处理,建立小麦籽粒最小外接矩形,并根据矩形长宽计算出小麦籽粒的粒长、粒宽、长宽比参数,实现基于图像信息的小麦籽粒参数快速、准确获取。(4)通过系统运行测试,进行考种效率试验、计数准确率试验和小麦籽粒参数获取精度测试,得到的结果为:自动和手动考种模式下进行一个小麦籽粒品种考种用时分别为2:45 s到3:05 s和40 s;籽粒计数准确率达到99%以上,相关性曲线的R为0.99,RMSE为0.68,MAPE为0.13%;平均粒长、粒宽的测量值误差都在0.03 mm内,平均长宽比误差在0.2内,在R、MAPE、RMSE方面,平均粒长相关性曲线的结果分别为0.9、2.7%、0.22,平均粒宽相关性曲线的结果分别为0.8、4.5%、0.18,平均长宽比相关性曲线结果分别为0.6、3.4%、0.08。以上试验结果表明,本研究所设计小麦籽粒高通量自动化考种设备能够高效、快速、准确的获取多种高精度考种参数,并应用于小麦籽粒考种工作中。

关键词：小麦籽粒自动考种高通量机器视觉图像处理

小麦籽粒振动筛分黏弹塑性接触模型构建及其参数标定

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农业工程学报 2018年第15期34卷 37-43页

作者：刘凡一张舰陈军西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100

为更好地模拟小麦籽粒(麦粒)振动筛分过程,该文在现有离散元接触模型基础上,通过EDEM软件应用程序编程接口,构建了一种麦粒黏弹塑性接触模型。该接触模型法向方向通过将Kuwabara and Kono非线性黏弹性接触模型中的黏性耗散项引入Thornto... 详细信息

为更好地模拟小麦籽粒(麦粒)振动筛分过程,该文在现有离散元接触模型基础上,通过EDEM软件应用程序编程接口,构建了一种麦粒黏弹塑性接触模型。该接触模型法向方向通过将Kuwabara and Kono非线性黏弹性接触模型中的黏性耗散项引入Thornton滞回接触模型进行构建;切向方向采用简化Thornton切向接触模型;滚动摩擦力矩计算同Hertz-Mindlin(no slip)接触模型。法向模型参数标定采用单轴加载-卸载试验、碰撞试验,分别构建了模拟-试验接触力误差平方和与麦粒屈服重叠量、恢复系数与法向阻尼系数的二阶回归方程,得到麦粒屈服重叠量为7.63×10-6 m,麦粒-麦粒/钢板法向阻尼系数分别为190.68和306.65。切向模型参数利用旋转鼓试验进行标定,得到最佳麦粒-麦粒/钢板静摩擦系数组合为0.40和0.44。最后利用振动筛分试验对所标定参数进行验证,模拟与试验所得筛下麦粒质量分数最大误差为8.97%,模拟中筛下物分布规律与试验结果无显著性差异,表明所建立的接触模型及标定的参数能够很好地模拟麦粒振动筛分过程。该文也可为其他农业物料黏弹塑性接触模型构建及其参数标定提供参考。

关键词：计算机仿真模型农作物离散元小麦籽粒黏弹塑性接触模型参数标定

基于YOLO v5-MDC的重度粘连小麦籽粒检测方法

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农业机械学报 2022年第4期53卷 245-253页

作者：宋怀波王云飞段援朝宋磊韩梦璇西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

小麦籽粒检测在千粒质量计算及作物育种方面有着重要应用,重度粘连籽粒的有效检测是其关键。本研究设计了一种YOLO v5-MDC的轻量型网络用于重度粘连小麦籽粒检测。该网络在YOLO v5s检测网络的基础上,用混合深度可分离卷积(Mixed depthwi... 详细信息

小麦籽粒检测在千粒质量计算及作物育种方面有着重要应用,重度粘连籽粒的有效检测是其关键。本研究设计了一种YOLO v5-MDC的轻量型网络用于重度粘连小麦籽粒检测。该网络在YOLO v5s检测网络的基础上,用混合深度可分离卷积(Mixed depthwise convolutional,MDC)模块进行改进,同时将MDC模块与压缩激励(Squeeze and excitation,SE)模块相结合,以达到在基本不损失模型精度的前提下减少模型参数的目的。YOLO v5-MDC网络将YOLO v5s特征提取网络骨干部分的卷积、归一化、激活函数(Convolution,Batch normal,Hardswish,CBH)模块替换为MDC模块,减少了模型的参数,经过500次迭代训练,模型的精确率P为93.15%,召回率R为99.96%,平均精度均值(mAP)为99.46%。根据模型在测试集上的检测效果,本研究探究了训练次数、不同光源与不同拍摄距离对模型检测结果的影响,统计结果表明,在绿色光源下模型检测精确率最高,为98.00%,在5 cm拍摄高度下图像的检测精确率最高,为98.60%。同时本研究在50次迭代下与YOLO v5s、RetinaNet、YOLO v4网络模型的检测效果进行了对比,结果表明,YOLO v5-MDC的mAP为99.40%,比YOLO v5s模型降低了0.06个百分点,但模型所占存储空间最小,仅为13.4 MB,比YOLO v5s模型减少了0.6 MB,对于单幅图像的最大检测时间为0.08 s,平均检测时间为0.03 s。综上,本研究所设计模型能有效实现重度粘连小麦籽粒的检测,同时模型检测效率高,所占存储小,可为小麦籽粒检测嵌入式设备研发提供技术支持。

关键词：小麦籽粒粘连目标检测 YOLO v5 混合深度可分离卷积

小麦籽粒次生物质对麦红吸浆虫幼虫解毒酶活性及基因表达的影响

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中国农业科学 2020年第20期53卷 4204-4214页

作者：陈锐高贺张国军朱克岩成卫宁西北农林科技大学植物保护学院/农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室 Department of Entomology Texas A&M University

【目的】明确小麦灌浆期籽粒次生物质含量与麦红吸浆虫(Sitodiplosis mosellena)幼虫谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase,GST)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和细胞色素P450酶系(cytochrome P450,CYP450)活性及相关基因表达的关系,探讨次生物质在小麦对麦红吸浆虫抗性中的作用及麦红吸浆虫的解毒代谢机制。【方法】2016年5月采用剥穗调查法对陕西省周至县试验田种植的4个抗虫和4个感虫小麦品种(系)进行麦红吸浆虫幼虫危害调查,并收集各品种(系)灌浆期籽粒及取食各品种(系)灌浆期籽粒的麦红吸浆虫幼虫;采用比色皿法、香草醛法、Folin-Ciocalteu法和亚硝酸钠-硝酸铝显色法分别测定收集的小麦籽粒阿魏酸、单宁、总酚和总黄酮含量,酶联免疫吸附法和qPCR方法分别检测收集的麦红吸浆虫幼虫GST、CarE和CYP450活性及其编码基因GST1、CarE2和CYP6A1 mRNA表达水平,分析次生物质含量与小麦对麦红吸浆虫抗性以及麦红吸浆虫解毒酶活性和基因表达的相关性。【结果】不同小麦品种(系)灌浆期籽粒阿魏酸、单宁、总酚和总黄酮含量差异明显,其中阿魏酸和单宁含量以抗虫品种科农1006最高,总酚含量以抗虫品种晋麦47最高,总黄酮含量以感虫品种西农88最高;取食不同品种(系)小麦的吸浆虫幼虫GST、CarE和CYP450活性及GST1、CarE2和CYP6A1表达水平差异亦明显,GST和CarE活性分别以取食抗虫品种科农1006和陕麦139的最高,CYP450活性以取食感虫品种小偃6号的最高;GST1和CarE2表达水平在取食抗虫品种的幼虫中均高于取食感虫品种,CYP6A1表达水平在取食抗、感性品种的幼虫中表现无规律。相关分析表明,小麦籽粒阿魏酸含量与穗被害率、粒被害率、单穗虫口和估计损失4个小麦对吸浆虫的抗性指标均呈显著负相关(P小麦的吸浆虫幼虫GST和CarE活性与小麦籽粒阿魏酸含量呈显著正相关,CYP450活性与单宁含量呈显著负相关(P小麦抗麦红吸浆虫的主要次生物质,能够诱导麦红吸浆虫幼虫GST、CarE活性和相关基因的表达,它们共同作用参与麦红吸浆虫对小麦次生物质的代谢和适应。

关键词：小麦籽粒次生物质麦红吸浆虫解毒酶活性基因表达