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基于深度实例分割的反刍动物瘤胃原虫显微图像识别研究

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基于深度实例分割的反刍动物瘤胃原虫显微图像识别研究

作者：尚贞妮西北农林科技大学

学位级别：硕士

反刍动物是特殊的种群,常见的有牛和羊等草食性动物,它们拥有能够消化纤维性植物资源的器官—瘤胃。瘤胃内存在一个十分复杂的微生物系统,该系统组成成分主要有原生动物(以纤毛虫为主)、厌氧真菌、细菌以及少量的噬菌体,进入瘤胃内的饲... 详细信息

反刍动物是特殊的种群,常见的有牛和羊等草食性动物,它们拥有能够消化纤维性植物资源的器官—瘤胃。瘤胃内存在一个十分复杂的微生物系统,该系统组成成分主要有原生动物(以纤毛虫为主)、厌氧真菌、细菌以及少量的噬菌体,进入瘤胃内的饲料通过这些微生物进行发酵,从而让有机体利用营养物质维持宿主的各项生理活动。瘤胃原虫中纤毛虫是最主要的,纤毛虫个体最大、数量最多。瘤胃纤毛虫的种类和种群数量的变化是反应瘤胃内环境状况的一个指标。当前对瘤胃原虫的种类鉴定是手动完成的,耗时耗力,限制了该领域的相关研究。本文以原虫为研究对象,结合深度学习及相关技术,开展瘤胃原虫显微图像识别的研究。本文主要研究内容及结论如下:(1)本文首次构建了一个瘤胃原虫显微图像数据集,数据集中不同种原虫大小形状各异,共含4科11属17种共2128张图像,数据采集于西北农林科技大学畜牧场萨能奶山羊、荷斯坦-弗里生牛和秦川奶牛的瘤胃内容物。采集的数据样本分布情况表现为不均衡分布。数据集包含未染色、卢代碘液染色、亮绿染色、亚甲蓝染色下的原虫显微图像,通过染色可以凸显部分原虫种类的特征,同时易于原虫与背景的区分。(2)原虫显微图像实例分割模型的比较分析。由于当前针对原虫显微图像识别的研究工作较少,首先要选择合适的深度学习模型。因为利用精确的轮廓分割对原虫进行识别是开展原虫生物量研究的重要步骤,可用于计算原虫面积和形态特征,有助于估算瘤胃内各原虫群落的总体积和生物量,所以本文选择实例分割模型对原虫图像进行识别。通过对比Mask R-CNN,YOLACT,YOLACT++这三种经典实例分割模型在原虫数据集上的实验结果,发现YOLACT实例分割模型在精度和速度上整体优于其他两种模型,同时,Mask R-CNN的分割轮廓较为粗糙。因此,本文选择YOLACT实例分割模型做进一步研究。各模型采用相同的超参数进行实验并对比分析这些模型的实验结果,为本文研究方案提供有力的实验验证。(3)改进的YOLACT原虫实例分割模型,将SE模块集成到骨干网络最浅层以增强特征的表达,并将各层的ReLU激活函数替换为FReLU激活函数,以消除ReLU激活函数的空间不敏感性。结果显示,本文提出的改进YOLACT深度实例分割方法的准确率为89.45%,比原始YOLACT提高了 0.55%,比Mask R-CNN提高了 2.63%。同时,YOLACT检测速度是Mask R-CNN的1.7倍。本文的研究成果能够显著降低原虫显微图像识别的人工成本,为原虫显微图像的精准鉴定提供了一种新的思路与方法。

关键词：反刍动物瘤胃原虫显微图像深度学习实例分割

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瘤胃原虫对牛饲料降解率和日粮消化率的影响

瘤胃原虫对牛饲料降解率和日粮消化率的影响

作者：张炳利华中农业大学

学位级别：硕士

本研究以两头装有永久性瘤胃瘘管的本地黄牛为实验动物，研究瘤胃原虫在不同日粮蛋白质水平条件下，(1)对稻草的干物质(DM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)的瘤胃降解率的影响;(2)对精料1、精料2、鱼粉、豆粕、菜... 详细信息

本研究以两头装有永久性瘤胃瘘管的本地黄牛为实验动物，研究瘤胃原虫在不同日粮蛋白质水平条件下，(1)对稻草的干物质(DM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)的瘤胃降解率的影响;(2)对精料1、精料2、鱼粉、豆粕、菜粕、棉粕的干物质(DM)、粗蛋白(CP)瘤胃降解率的影响;(3)对瘤胃pH和氨态氮的浓度的影响;(4)对全消化道消化率的影响。同时以这两头黄牛为实验动物初步研究了饲喂稻草的本地黄牛瘤胃中纤毛虫的形态及种类。实验共分四期：第一期：日粮1蛋白质水平为12.7％，净能为4.63MJ／Kg，去原虫;第二期：日粮2蛋白质水平为8.9％，净能为4.72MJ／Kg，去原虫;第三期：日粮1蛋白质水平为12.7％，净能为4.63MJ／Kg，恢复原虫;第四期：日粮2蛋白质水平为8.9％，净能为4.72MJ／Kg，恢复原虫其中日粮1中的精料部分称为精料1(CP％18.9％);日粮2中的精料部分称为精料2(CP％12.35％)。研究结果如下： (1) 去原虫对稻草的干物质降解率影响不大(P=0.195)。日粮1可显著提高稻草干物质降解率(P＜0.05);日粮和原虫之间对稻草的干物质降解率无交互作用(P=0.802)。去原虫有提高稻草粗蛋白的降解率的趋势(P-0.158);日粮因素可影响稻草的粗蛋白降解率(P=0.084);日粮和原虫之间无交互作用(P＞0.05)。原虫、两种日粮水平对稻草的中性洗涤纤维降解率、酸性洗涤纤维降解率均无影响(P＞0.05)，且二者之间不存在交互作用(P＞0.05)。 (2) 去原虫可提高精料1的干物质降解率(P＜0.05)，两种不同日粮对精料1的干物质降解率影响显著(P＜0.05)，且原虫和日粮之间存在着交互作用(P＜0.05)。日粮中蛋白质水平较高时，去原虫可明显提高精料1的干物质降解率。对于精料2的干物质降解率来说，去原虫对其无影响(P＞0.05);但日粮中蛋白质水平高时，精料2的干物质降解率要显著增加(P＜0.05)。去原虫对不同精料的粗蛋白降解率影响不同。去原虫、日粮l均可提高精料1的粗蛋白降解率少0.OS)。日粮因素可影响精料2的粗蛋白降解率(P原虫对鱼粉的干物质降解率均无影响(P>0.05)。但去原虫有降低鱼粉粗蛋白的降解率的趋势(P=0 .059). (4)既有原虫、日粮中粗蛋白含量又低的情况下，豆粕干物质的降解率最小。去原虫后，不管日粮中蛋白质水平如何，菜粕中的干物质在瘤胃中的降解增加极显著(P原虫、日粮因素对棉粕的干物质降解率影响显著(P原虫对豆粕、菜粕的粗蛋白降解率影响不大伊>0.05);去原虫后可提高棉粕的粗蛋白降解率伊原虫使日粮中的干物质(DM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维伽DF)、酸性洗涤纤维(ADF)的总消化率降低，但差异不显著(卜0.05). (6)日粮蛋白质水平相同条件下，是否去原虫对PH的影响不大(卜0.05);日粮蛋白质水平不同的条件下，去原虫对pH影响不显著(P>0.05):恢复原虫对pH的影响也不显著(卜0.05)。 (7)日粮蛋白质水平相同条件下，去原虫后瘤胃氨态氮的浓度极显著低于恢复原虫后瘤胃的氨态氮浓度(P原虫对氨态氮浓度的影响显著;日粮中蛋白水平较高时，瘤胃中氨态氮的浓度也高(P>0.05). (8)饲喂稻草时，瘤胃内的纤毛虫主要为:双毛属口ipfod面帅)、等毛属Gsotricha)、内毛属伍ntodli云姗)。

关键词：瘤胃瘤胃原虫降解率尼龙袋法总消化率氨态氮浓度

体外法研究不同油脂对瘤胃原虫吞噬细菌微循环的影响

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中国农业科学 2010年第18期43卷 3831-3837页

作者：王梦芝程欣谢文文张柏松刘翔王洪荣扬州大学动物科学与技术学院徐州铜山县多管局兽医站

【目的】研究体外培养条件下,不同油脂对瘤胃原虫吞噬细菌微循环及微生物群体的影响。【方法】3头瘤胃瘘管山羊提供瘤胃液,分别以菜籽油(A)、豆油(B)、玉米油(C)和花生油(D)为底物培养瘤胃微生物,同时设空白对照组,培养10h时用荧光标记... 详细信息

【目的】研究体外培养条件下,不同油脂对瘤胃原虫吞噬细菌微循环及微生物群体的影响。【方法】3头瘤胃瘘管山羊提供瘤胃液,分别以菜籽油(A)、豆油(B)、玉米油(C)和花生油(D)为底物培养瘤胃微生物,同时设空白对照组,培养10h时用荧光标记瘤胃细菌法进行原虫吞噬细菌试验。【结果】原虫密度以对照组最高,显著高于A、B、C组(P原虫蛋白在组间差异不显著(P>0.05),细菌蛋白组以B组最高,B、C、D均高于对照组(P原虫的吞噬速率分别为:267.6(对照组)、196.2(A组)、244.4(B组)、274.4(C组)、285.4(D组)cells/(cell·h),组间差异显著(P<0.05)。吞噬细菌N的速率分别为1.445、1.059、0.320、1.482、1.541pgN·(cell·h)-1。【结论】估算每天每头山羊细菌蛋白循环量分别为121.64(对照组)、56.64(A组)、78.39(B组)、87.04(C组)和95.06(D组)mg蛋白·(d·头)-1,B组较低,仅为对照组的64.45%,且该组微生物量最大。在本试验的基础上认为4%的豆油对微循环的调控效应最好。

关键词：油脂瘤胃原虫荧光标记细菌蛋白循环

用荧光染色法研究山羊瘤胃原虫对细菌吞噬速率的初报

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中国农业科学 2008年第5期41卷 1476-1481页

作者：王梦芝王洪荣李国祥曹恒春卢占军扬州大学动物科学与技术学院扬州大学兽医医学学院

【目的】采用荧光染色标记细菌(fluorescence labeled bacteria,FLB)技术,研究山羊瘤胃中原虫对细菌的吞噬速率。【方法】利用4只装有永久性瘤胃瘘管的徐淮山羊,采集瘤胃液以获取瘤胃原虫和细菌。试验设置清洗原虫祛除瘤胃自由细菌的荧... 详细信息

【目的】采用荧光染色标记细菌(fluorescence labeled bacteria,FLB)技术,研究山羊瘤胃中原虫对细菌的吞噬速率。【方法】利用4只装有永久性瘤胃瘘管的徐淮山羊,采集瘤胃液以获取瘤胃原虫和细菌。试验设置清洗原虫祛除瘤胃自由细菌的荧光全标组(WFLB)及未清洗原虫保留瘤胃自由细菌荧光标记组(FLB)。【结果】WFLB组和FLB组的吞噬速率分别为398.4cells/(cell·h)和230.4cells/(cell·h),换算为细菌N为:2.15pgN/(cell·h)/和1.24pgN/(cell·h)。【结论】每天每头羊由原虫在瘤胃内循环中带出的细菌N损失在WFLB组和FLB组分别估计为103.2mgN/(d·头)、59.5mgN/(d·头),或者细菌蛋白损失为0.645g/(d·头)和0.372g/(d·头)。结果同时表明,荧光染色标记技术可以应用于瘤胃原虫对细菌吞噬速率的研究。

关键词：瘤胃原虫吞噬速率细菌N 荧光染色法

不同纤维水平饲粮对塔里木马鹿瘤胃原虫种群结构的影响

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甘肃农业大学学报 2018年第2期53卷 13-22页

作者：吐尔逊阿依.赛买提钱文熙敖维平贾存辉王云霞梁敏塔里木大学动物科学学院新疆阿拉尔843300 新疆建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室新疆阿拉尔843300

【目的】了解塔里木马鹿瘤胃生理特点和消化特性,研究塔里木马鹿瘤胃原虫种类、数量、活力及种群结构等的变化规律.【方法】试验通过饲喂不同纤维水平的试验饲粮,采用显微镜镜检和血球计数板的方法从形态学角度对塔里木马鹿瘤胃内原虫... 详细信息

【目的】了解塔里木马鹿瘤胃生理特点和消化特性,研究塔里木马鹿瘤胃原虫种类、数量、活力及种群结构等的变化规律.【方法】试验通过饲喂不同纤维水平的试验饲粮,采用显微镜镜检和血球计数板的方法从形态学角度对塔里木马鹿瘤胃内原虫种类进行鉴定及数量的统计.【结果】通过形态学观察发现了等毛属、厚毛属、内毛属、双毛属、原始纤毛属、单甲属、真双毛属、鞘甲属、后毛属、硬甲属、多甲属、前毛属12个属的原虫;高粗纤维饲粮可显著提高塔里木马鹿瘤胃原虫的活力(P原虫总数影响不显著(P>0.05);饲粮纤维水平对种群数量较多的内毛属、等毛属和双毛属频数影响显著(P原虫频数影响不显著(P>0.05).【结论】不同纤维水平饲粮对塔里木马鹿瘤胃原虫总数影响不大,但对内毛属、等毛属和双毛属频数影响显著(P<0.05).

关键词：塔里木马鹿瘤胃原虫种类活力计数粗纤维

荧光光度法在瘤胃原虫对细菌吞噬作用研究中的应用

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动物营养学报 2010年第3期22卷 611-615页

作者：王欢莉王洪荣刘翔宋荣渊王剑飞姜小波扬州大学动物科学与技术学院扬州225009 江苏省盐城中学盐城224001

本试验旨在探讨荧光光度法研究瘤胃原虫对细菌吞噬作用的可行性。试验选用4只装有永久性瘤胃瘘管的徐淮山羊采集瘤胃液以获取瘤胃原虫和细菌,以4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)标记细菌的荧光强度为主要测定指标,研究山羊瘤胃中原虫对细菌... 详细信息

本试验旨在探讨荧光光度法研究瘤胃原虫对细菌吞噬作用的可行性。试验选用4只装有永久性瘤胃瘘管的徐淮山羊采集瘤胃液以获取瘤胃原虫和细菌,以4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)标记细菌的荧光强度为主要测定指标,研究山羊瘤胃中原虫对细菌的吞噬作用。结果表明,DAPI标记的瘤胃细菌浓度与其荧光强度之间存在线性相关(R2=0.9952)。在日粮粗精比为7∶3的条件下,徐淮山羊瘤胃原虫对细菌的吞噬速率为370.89cells/(cell.h),瘤胃内原虫对细菌的吞噬速率存在一定的波动性,吞噬量在60min达到饱和,其最大吞噬量为370.89cells/cell。结果提示,荧光光度法可应用于瘤胃原虫对细菌吞噬作用的研究。

关键词：荧光光度法瘤胃原虫吞噬率

半胱胺对小尾寒羊瘤胃原虫和养分消化率及血清生化指标的影响

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中国兽医学报 2010年第9期30卷 1257-1260,1272页

作者：常新耀谢红兵魏刚才河南科技学院动物科学系河南新乡453003

为了研究半胱胺对小尾寒羊瘤胃原虫和养分消化率及血清生化指标的影响,试验选择体质量40kg左右小尾寒羊40只,随机分为4组,每组10只,半胱胺每天每只的添加量分别为0.1(1组)、0.2(2组)、0.3(3组)、0(对照组),结果表明,(1)半胱胺能够激发... 详细信息

为了研究半胱胺对小尾寒羊瘤胃原虫和养分消化率及血清生化指标的影响,试验选择体质量40kg左右小尾寒羊40只,随机分为4组,每组10只,半胱胺每天每只的添加量分别为0.1(1组)、0.2(2组)、0.3(3组)、0(对照组),结果表明,(1)半胱胺能够激发瘤胃原虫的生长率和增长数量。(2)试验羊采食正常,各组间采食量无显著差异。试验3组的日增重达到0.234kg,显著高于其他组(P0.05)。试验3组的耗料/增重显著低于其他各组(P0.05)。试验3组的粗蛋白消化率显著高于对照组(P0.05)。(3)每天每只添加0.3g半胱胺试验组的血糖(glucose)水平最高,显著高于其他各组(P0.05)。

关键词：小尾寒羊半胱胺瘤胃原虫养分消化率血清生化指标

半胱胺对小尾寒羊瘤胃原虫生长和饲料利用率的影响

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江苏农业学报 2008年第6期24卷 983-985页

作者：常新耀谢红兵魏刚才河南科技学院动物科学系河南新乡453003

生长激素(GH)是动物体内的一种重要激素,具有促进蛋白质合成、刺激生长、增加脂肪分解、增强免疫的作用。它在体内的分泌主要受到生长抑素(SS)的抑制。半胱胺(CS)通过直接打开生长抑素的硫键使之失活,从而间接提高生长激素(GH)的水平,... 详细信息

生长激素(GH)是动物体内的一种重要激素,具有促进蛋白质合成、刺激生长、增加脂肪分解、增强免疫的作用。它在体内的分泌主要受到生长抑素(SS)的抑制。半胱胺(CS)通过直接打开生长抑素的硫键使之失活,从而间接提高生长激素(GH)的水平,达到促进动物生长的作用。半胱胺(CS)还是较强的多巴胺-β-羟化酶抑制剂,导致多巴胺的蓄积,促进下丘脑GH的合成和分泌,所含的活性成分能起到改善机体的营养吸收和转化,提高畜禽生长速度,降低体脂沉积,抑制蛋白质降解,促进蛋白质合成,促进增长,改善胴体品质,提高瘦肉率等生理调控作用[1,2]。目前CS在猪、鸡、牛等畜禽的研究较多,而对小尾寒羊的影响未见报道。本研究旨在探讨半胱胺对小尾寒羊瘤胃原虫和养分消化率的影响,为其在中原地区肉羊生产中的应用提供依据,这对降低成本、提高肉羊生产效率具有现实意义。

关键词：半胱胺小尾寒羊瘤胃原虫饲料利用率

ITS1 rDNA序列用于瘤胃原虫研究可行性的探讨

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饲料工业 2010年第A2期31卷 109-116页

作者：王梦芝蔡缪荧史成林张柏松郝志敏王洪荣扬州大学动物科学与技术学院徐州铜山县多管局兽医站

文章主要探讨瘤胃原虫rDNA序列的ITS1区段用于其群体研究的可行性和有效性。试验1由3只瘘管山羊提供瘤胃液、以不同结构碳水化合物底物(可溶性淀粉/滤纸纤维:A,100:0、B,70:30、C,50:50、D,30:70、E,0:100)进行体外培养;试验2以4只瘘管... 详细信息

文章主要探讨瘤胃原虫rDNA序列的ITS1区段用于其群体研究的可行性和有效性。试验1由3只瘘管山羊提供瘤胃液、以不同结构碳水化合物底物(可溶性淀粉/滤纸纤维:A,100:0、B,70:30、C,50:50、D,30:70、E,0:100)进行体外培养;试验2以4只瘘管山羊为试验动物,以A(鱼粉)、B(羽毛粉)、C(玉米蛋白粉)和D(豆粕)等蛋白质饲料配制的4种等氮日粮进行4×4拉丁方试验,采用ITS1rDNA序列的遗传指纹检测及细胞计数技术研究原虫群体组成的变化。遗传指纹检测结果表明,在试验1不同碳水化合物结构底物培养条件下或在试验2不同蛋白日粮条件下,原虫群体组成都发生了变化。细胞计数的研究结果与之一致。依据本研究结果可见,ITS1rDNA序列是原虫研究的良好素材。

关键词：瘤胃原虫类群结构 ITS1 rDNA 细胞计数