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高光谱图像结合卷积神经网络的马铃薯干腐病潜育期识别

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 480-489页

作者：张凡王文秀王春山周冀潘阳孙剑锋河北农业大学食品科技学院河北保定071000 河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071000 河北农业大学植物保护学院河北保定071000

马铃薯是世界第四大粮食作物,具有丰富的营养价值。但其在贮藏和运输过程中易被镰刀真菌侵染而产生干腐病,最终造成巨大资源浪费和经济损失,因此实现马铃薯干腐病的早期快速无损检测是必要的。在样品被病原菌侵染时,经历了健康—潜育期... 详细信息

马铃薯是世界第四大粮食作物,具有丰富的营养价值。但其在贮藏和运输过程中易被镰刀真菌侵染而产生干腐病,最终造成巨大资源浪费和经济损失,因此实现马铃薯干腐病的早期快速无损检测是必要的。在样品被病原菌侵染时,经历了健康—潜育期—轻度病害—重度病害的阶段,其中潜育期的样品难以识别,主要源于病害发生时间较短,表面未形成肉眼可见的病斑,与健康样品相似。为了实现马铃薯干腐病潜育期的识别,结合高光谱成像和深度学习展开马铃薯干腐病早期诊断研究。以健康和不同腐败程度马铃薯为实验对象,获取健康和不同病害等级的马铃薯高光谱图像。然后基于ENVI人工选取健康部位和不同腐败程度样品的病斑部位为感兴趣区域(ROI),并计算ROI的平均光谱值作为该样品的最终光谱信息。以光谱数据作为输入变量,病害等级作为输出变量,建立卷积神经网络(CNN)模型,并对其网络结构进行优化,对比分析不同模型的预测结果,筛选出最优网络层模型为Model_3_3。并基于此结构进行学习率的优化,得到Model_0.0001识别效果最好,其总体准确率、精度、灵敏度和特异性分别为99.68%、99.76%、98.82%、99.54%。为了进一步突显CNN应用于马铃薯干腐病潜育期识别的优势,建立了最小二乘支持向量机(LS-SVM)、随机森林(RF)、K-近邻法(KNN)和线性判别分析(LDA)模型。结果显示,四种常规算法模型的识别准确率分别为90.77%、92.30%、93.10%和92.34%,其中对潜育期样品识别率分别为91.00%、85.58%、94.18%和90.33%。对于总体准确率,CNN模型较几种常规方法提高了6.58%~8.91%;对于潜育期样品的识别,CNN模型较常规方法提高了5.55%~14.15%。研究表明,高光谱成像技术结合CNN可以有效实现马铃薯干腐病潜育期识别,为提高马铃薯病害早期诊断的智能化水平提供了参考方法。

关键词：马铃薯干腐病高光谱成像技术卷积神经网络潜育期

解淀粉芽胞杆菌L19对马铃薯枯萎病菌的抑制及植株的促生作用

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园艺学报 2024年第4期51卷 875-892页

作者：强然张岱杨喆陈明玥赵景朱杰华河北农业大学植物保护学院河北保定071001 河北省保定市农业农村局种子工作站河北保定071001

为获得对马铃薯枯萎病菌具有优良拮抗效果,并对马铃薯植株具有促生作用的双重功能生防菌株,采用平板对峙方法测定分离筛选得到的菌株L19发酵产物对马铃薯枯萎病菌的生长抑制作用,利用PCR技术和气相色谱—质谱联用技术(GC–MS)分别对其... 详细信息

为获得对马铃薯枯萎病菌具有优良拮抗效果,并对马铃薯植株具有促生作用的双重功能生防菌株,采用平板对峙方法测定分离筛选得到的菌株L19发酵产物对马铃薯枯萎病菌的生长抑制作用,利用PCR技术和气相色谱—质谱联用技术(GC–MS)分别对其脂肽类抗生素和挥发性化合物进行检测鉴定,采用温室盆栽试验和叶绿素荧光检测技术研究了其对马铃薯植株的促生作用以及对光合作用的影响。通过拮抗试验共分离得到25株生防菌株,其中菌株L19可显著抑制尖孢镰刀菌菌丝的生长,经形态学及gyrB序列分析,鉴定其为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。光学显微观察发现,L19发酵液致使马铃薯枯萎病菌菌丝扭曲、黏连、膨大和泡状化等畸形,菌丝丧失穿透力,并且随着发酵液浓度的增加,其孢子萌发率降低。L19含有sfp、ituA、fenB、bacD、mycB等脂肽合成基因;可产生12种挥发性化合物,芳香族含量所占比例为47.42%,其次为醇类和酮类,其中2–乙基甲苯为主要挥发性物质,占比20.91%;具有产生纤维素酶的能力。盆栽试验表明,不同浓度L19发酵液可增加马铃薯植株的生长指数,其中5×10^(7) CFU·mL^(-1)菌液处理后其须根直径增长率高达78.57%,根系形态优于对照植株,促生效果明显。叶绿素荧光参数分析表明,不同浓度L19菌株发酵液处理后植株叶片的OJIP曲线在O、J(2 ms)、I(30 ms)、P点的荧光强度较对照均存在显著差异;施用不同浓度发酵液后,马铃薯叶片光合指数单位反应中心吸收光能(ABS/RC)、单位反应中心捕获用于还原Q_(A)能量(TR_(o)/RC)、单位面积的热耗散(DI_(o)/CS_(o))分别增加了16.32%~28.38%,说明L19发酵液能提高植株叶片的光能利用率。上述研究结果表明,L19分泌的次级代谢产物对马铃薯枯萎病菌具有生长抑制作用,同时发酵液还对马铃薯植株具有良好的促生效果,提高植株叶片的光合作用,具有良好的应用前景。

关键词：马铃薯枯萎病尖孢镰刀菌解淀粉芽胞杆菌拮抗作用促生生物防治

京津冀植被覆盖度时空演变及其对自然人为变化的响应

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3931-3944页

作者：陈澍祺何玲闫丰河北农业大学河北保定071000

基于2001~2020年归一化差异植被指数(NDVI)数据,采用像元二分模型最大值合成FVC,通过Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数分析预测研究区植被覆盖时空变化,结合气象因子数据应用相关性分析与残差分析在开展植被变化响应分... 详细信息

基于2001~2020年归一化差异植被指数(NDVI)数据,采用像元二分模型最大值合成FVC,通过Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数分析预测研究区植被覆盖时空变化,结合气象因子数据应用相关性分析与残差分析在开展植被变化响应分析的基础上新增量化影响因子相对贡献率.结果表明:近20年京津冀地区植被建设良好,全域平均覆盖度为64.5%,植被变化速率介于(-0.0597421~0.039797)/a,植被覆盖波动较大,呈现明显的地理差异变化;京津冀地区FVC时空变化受多因素共同影响,FVC与气温以负相关为主,分布区域贴合行政分区,与城市热岛效应相关;FVC与降水以正相关为主,分布范围贴合生态分区,主要受地理因子调控;人类活动平均残差为-0.00105,负向影响为主;自然与人为因素相对贡献率分别为31.33%和68.67%,人类活动是植被变化的主要驱动因素;未来FVC以改善趋势为主,但城市交界处FVC有下降趋势.研究成果可指导京津冀交界处FVC监测,开展正向人为干预,稳定京津冀环境质量,助推全域生态环境高质量发展.

关键词：植被覆盖度(FVC) 京津冀地区气温降水人类活动

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氮掺杂碳量子点荧光法检测猪肉中的四环素

中国食品学报 2024年第2期24卷 303-314页

作者：周彤毋晨赵文李明彭汝艳周茜河北农业大学食品科技学院河北保定071001 河北农业大学理学院河北保定071001

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧... 详细信息

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧光N-CQDs。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱对N-CQDs进行结构表征。结果表明,N-CQDs的平均粒径为3.53 nm,主要由C、N、O 3种元素组成,表面具有含氧和含氮基团。主要猝灭机理为静态猝灭和内滤效应。在最优试验条件下,该方法在0.3~40μg/mL范围线性良好,检出限为89.26μg/L。该检测方法被用于猪肉中四环素的检测,回收率在98.40%~106.02%之间,相对标准偏差1.29%~3.88%。

关键词：菠萝皮氮掺杂碳量子点荧光检测四环素

异色瓢虫对不同蚜虫的喜食性及高龄幼虫的捕食功能反应

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中国植保导刊 2024年第2期44卷 49-52,64页

作者：任爱景史磊王书军韩晓辉颜金龙河北省馆陶县农业农村局河北馆陶057750

异色瓢虫在河北南部区域有多个变种,其成虫及高龄幼虫是多种蚜虫的重要天敌之一。2022—2023年普查发现8个变种。通过比较异色瓢虫成虫对当地8种主要蚜虫的取食喜好性,发现其对禾谷缢管蚜、大豆蚜、萝卜蚜、槐蚜表现出明显偏好,平均日... 详细信息

异色瓢虫在河北南部区域有多个变种,其成虫及高龄幼虫是多种蚜虫的重要天敌之一。2022—2023年普查发现8个变种。通过比较异色瓢虫成虫对当地8种主要蚜虫的取食喜好性,发现其对禾谷缢管蚜、大豆蚜、萝卜蚜、槐蚜表现出明显偏好,平均日捕食量比柳蚜、桃蚜高45.93%~61.54%。根据异色瓢虫捕食特点及当地主要蚜虫种类,选取3、4龄幼虫捕食大豆蚜、萝卜蚜、禾谷缢管蚜,并用Holling II型圆盘方程建立了功能反应模型,结果表明3龄幼虫对上述3种蚜虫理论最大日捕食量分别为86.5、89.9、123.8头,4龄幼虫捕食量分别为197.4、214.9、209.3头。研究结果可为生产上生物防控蚜虫提供参考。

关键词：异色瓢虫成虫喜食性幼虫捕食蚜虫功能反应

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马铃薯新品种冀农薯8862的选育

中国蔬菜 2024年第7期 119-121页

作者：谢登雷杨喆刘艳萌张建恒陈慧宇崔江慧河北农业大学河北保定071000 保定市农业农村局河北保定071000 农业农村部华北节水农业重点实验室河北保定071000 沽源县农业农村局河北张家口076550

冀农薯8862是以品系V7-88为母本,以斯凡特为父本,通过有性杂交、选择、鉴定育成的中早熟马铃薯新品种。植株直立,株高约70 cm,生育期80 d(天)左右。薯块圆形,浅黄皮浅黄肉,薯皮光滑,芽眼浅;干物质含量18.1%,淀粉含量13.4%,还原糖含量0.2... 详细信息

冀农薯8862是以品系V7-88为母本,以斯凡特为父本,通过有性杂交、选择、鉴定育成的中早熟马铃薯新品种。植株直立,株高约70 cm,生育期80 d(天)左右。薯块圆形,浅黄皮浅黄肉,薯皮光滑,芽眼浅;干物质含量18.1%,淀粉含量13.4%,还原糖含量0.29%;单株结薯6~8个,平均单薯质量195.3 g,商品薯率85%以上,每667 m^(2)产量2 800 kg左右。中抗PVX、PVY,适宜河北省张家口、承德一季作区种植。

关键词：马铃薯冀农薯8862 有性杂交

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壳聚糖/姜黄素光动力复合涂膜对金黄色葡萄球菌的抑菌效果及机理

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食品科学 2024年第6期45卷 233-243页

作者：张鹏敏王文秀孙剑锋陈志周马倩云王颉河北农业大学食品科技学院河北保定071000

本研究采用壳聚糖为原料,利用离子相互作用增强姜黄素光动力抑菌效果,并从形态特征、细胞膜功能、能量代谢和DNA结构等方面入手阐释该涂膜在细胞水平上对金黄色葡萄球菌的抑菌机理。结果表明,壳聚糖显著提高了抑菌效果,含姜黄素质量浓度... 详细信息

本研究采用壳聚糖为原料,利用离子相互作用增强姜黄素光动力抑菌效果,并从形态特征、细胞膜功能、能量代谢和DNA结构等方面入手阐释该涂膜在细胞水平上对金黄色葡萄球菌的抑菌机理。结果表明,壳聚糖显著提高了抑菌效果,含姜黄素质量浓度15 mg/L的涂膜溶液经波长为420 nm蓝光光照5 min后,金黄色葡萄球菌菌落总数下降6.89(lg(CFU/mL)),并且姜黄素质量浓度和光照时间是影响该技术抑菌效果的主要因素。光动力灭活处理产生具有强氧化性的活性氧从而破坏细胞膜,促使细胞膜通透性增加,进而出现细胞内容物泄漏以及细胞皱缩的现象。同时也导致细胞内活性氧含量上升,破坏内源酶结构,引发细菌防御系统崩溃,DNA和蛋白质等大分子被氧化分解,从而导致金黄色葡萄球菌死亡。由此可见,壳聚糖/姜黄素光动力涂膜有应用于控制金黄色葡萄球菌食源性污染的潜力。

关键词：光动力灭活姜黄素壳聚糖金黄色葡萄球菌抑菌机理

6-姜烯酚玉米醇溶蛋白纳米颗粒的构建及其生物利用度分析

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食品科学 2024年第9期45卷 44-50页

作者：高就吴俊杰焦文雅陈宇洋祝文轩桑亚新王向红河北农业大学食品科技学院河北保定071000

为解决6-姜烯酚(6-shogaol,6S)生物利用度低的问题,通过反溶剂沉淀法构建玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠纳米颗粒(zein-sodium caseinate nanoparticles,ZCP)作为6S的纳米输送载体,对其进行物化性质表征,并通过体外模拟消化、Caco-2细胞模型... 详细信息

为解决6-姜烯酚(6-shogaol,6S)生物利用度低的问题,通过反溶剂沉淀法构建玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠纳米颗粒(zein-sodium caseinate nanoparticles,ZCP)作为6S的纳米输送载体,对其进行物化性质表征,并通过体外模拟消化、Caco-2细胞模型及大鼠药代动力学实验考察其生物利用度。利用激光粒度仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱对所构建6S复合纳米颗粒(ZCP-6S)的粒径分布、微观形态、化学结构进行表征。结果表明,纳米颗粒呈球形,粒径较小且分布均匀,6S可能通过非共价键与玉米醇溶蛋白相互作用。体外模拟消化结果表明,ZCP-6S的制备使6S的生物可及性提高至(75.34±9.82)%。ZCP-6S显著增强了Caco-2细胞对6S的摄取及转运,处理4 h后,细胞摄取量增加了(0.36±0.06)μg/mg;Caco-2细胞模型下室中6S的质量浓度增加了(1.06±0.06)μg/m L。大鼠药代动力学研究结果表明,纳米颗粒封装后6S的相对口服生物利用度提高了2.28倍。综上,通过玉米醇溶蛋白纳米颗粒输送载体的构建,使6S的生物可及性、细胞吸收和口服生物利用度均得到了有效提高。

关键词： 6-姜烯酚玉米醇溶蛋白酪蛋白酸钠纳米颗粒生物利用度

基于G-四链体/硫黄素T无标记荧光适配体传感器快速检测氟苯尼考

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中国食品学报 2024年第3期24卷 249-257页

作者：史明慧刘若冰崔琦琦于文龙王向红河北农业大学食品科技学院河北保定071000

硫黄素T(ThT)通过非共价相互作用与G-四链体结合,形成G-四链体/ThT复合物,呈现出较强荧光强度,而游离ThT荧光十分微弱。当存在氟苯尼考(FF)时,具有G-四链体结构的适配体(Apt)对靶标的高亲和力,使得Apt/FF复合物形成并释放ThT,荧光强度... 详细信息

硫黄素T(ThT)通过非共价相互作用与G-四链体结合,形成G-四链体/ThT复合物,呈现出较强荧光强度,而游离ThT荧光十分微弱。当存在氟苯尼考(FF)时,具有G-四链体结构的适配体(Apt)对靶标的高亲和力,使得Apt/FF复合物形成并释放ThT,荧光强度降低。基于这一特点,本研究设计一种灵敏快速的现场检测体系,用于检测氟苯尼考,即基于G-四链体/硫黄素T的无标记荧光适配体传感器。该适配体传感器的检测范围为0.0128~200 ng/mL,实际检出限0.0128 ng/mL,检测总时长10 min。同时,对实际加标样品(牛奶和鸡蛋)进行回收率计算,加标回收率在91.2%~117.1%之间。所建立的无标记荧光适配体传感器具有高特异性、成本低、耗时短等优点,可用于实际样品的现场检测。

关键词：适配体 G-四链体硫黄素T 氟苯尼考荧光