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基于纹理特征与深度学习的小麦图像中的穗粒分割与计数

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江苏农业学报 2024年第4期40卷 661-674页

作者：许鑫耿庆郑凯石磊马新明河南农业大学信息与管理科学学院河南郑州450002 国家统计局河南调查总队河南郑州450002 河南农业大学农学院河南郑州450002

穗粒数是小麦产量构成的重要因素和估测产量的参数之一,传统的人工计数方法耗时费力,人为因素影响大。为了实现对小麦穗粒数的智能、快速监测,以百农307、新麦26、稷麦336这3个小麦品种为试验材料,利用智能手机于小麦灌浆后期拍摄麦穗图... 详细信息

穗粒数是小麦产量构成的重要因素和估测产量的参数之一,传统的人工计数方法耗时费力,人为因素影响大。为了实现对小麦穗粒数的智能、快速监测,以百农307、新麦26、稷麦336这3个小麦品种为试验材料,利用智能手机于小麦灌浆后期拍摄麦穗图像,随后对麦穗图像进行预处理并归一化为480×480像素大小,结合深度学习和迁移学习机制,构建基于冻结-解冻机制的HRNet模型的小麦小穗图像分割计数深度学习模型,利用图像处理算法、小麦小穗图像纹理特征确定小穗像素数与穗粒数之间的关系阈值,构建小穗粒数预测模型,实现对小麦穗粒的预测计数。结果表明,对比同样采用冻结-解冻机制的PSPNet模型、DeeplabV3+分割模型、U-Net模型及无冻结解冻机制的HRNet模型,采用基于冻结-解冻机制的HRNet模型对小麦小穗的分割效果更优,且具有更好的鲁棒性,分割精确度为0.9594,平均交并比(mIoU)为0.9119,类别平均像素准确率(mPA)为0.9419,召回率为0.9419;通过3个不同品种小麦的麦穗图像对小穗进行计数,所得决定系数(R2)为0.92,平均绝对误差为0.73,平均相对误差为2.89%;籽粒计数的R2为0.92,平均绝对误差为0.43,平均相对误差为5.51%。由研究结果可知,基于冻结-解冻机制得出的HRNet模型的小麦小穗图像分割算法能够有效分割小麦图像中的小穗,并获得更加丰富的语义信息,可用于解决小目标图像分割困难及训练欠拟合问题,通过粒数预测模型可以快速、精确地对小麦的籽粒数进行预测,从而为小麦高效、智能化估产提供算法支撑。

关键词：麦穗籽粒数图像处理 HRNet 深度学习图像分割

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人参产铁载体拮抗细菌GR-39的筛选鉴定及发酵条件优化

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中国生物防治学报 2024年第1期40卷 167-177页

作者：邓声坤雷锋杰张焕荣龙漪萍姜懿轩张爱华吉林农业大学中药材学院长春130118

产铁载体细菌通过与病原菌竞争铁元素而具有良好的生防效果。本研究从人参根组织及根际土壤中分离细菌,对其抑菌作用和产铁载体能力进行筛选,并对所筛选的1株菌株进行发酵条件的单因素和响应面优化。结果表明,共分离得到细菌菌株207株,... 详细信息

产铁载体细菌通过与病原菌竞争铁元素而具有良好的生防效果。本研究从人参根组织及根际土壤中分离细菌,对其抑菌作用和产铁载体能力进行筛选,并对所筛选的1株菌株进行发酵条件的单因素和响应面优化。结果表明,共分离得到细菌菌株207株,其中8株菌株既具有产铁载体的能力又对人参黑斑、根腐和锈腐病菌具有良好抑制作用;经筛选发现菌株GR-39在限铁、富铁培养基上对黑斑病菌抑菌作用差异显著,并鉴定该菌株为普城沙雷氏菌Serratiaplymuthica。通过单因素试验确定菌株GR-39在蔗糖、蛋白胨5 g/L、温度34℃、p H 8时产铁载体相对含量为74.6%;通过响应面法建立了铁载体量与自变量的回归模型,得出最佳发酵条件为蔗糖6 g/L、蛋白胨5 g/L、p H 8时铁载体产量最大达77.13%。研究表明,菌株GR-39具有较强产铁载体能力并且对人参黑斑病菌防效显著,可为多功能微生物菌剂研制提供良好菌种资源。

关键词：人参铁载体细菌生物防治

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淮河流域中上游碳储量时空变化特征及未来多情景模拟预测

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环境科学 2024年

作者：杨熙萌钱宝蔚姬广兴陈伟强黄珺嫦郭宇龙陈轶楠河南农业大学资源与环境学院

淮河流域地处中国南北气候过渡带，其碳储量的变化对预测淮河流域未来的生态保护、减轻气候变化以及维持可持续发展具有重要意义.现以淮河流域中上游(蚌埠站以上)为研究区，基于1980～2020年的土地利用数据，运用PLUS模型模拟预测研究区... 详细信息

淮河流域地处中国南北气候过渡带，其碳储量的变化对预测淮河流域未来的生态保护、减轻气候变化以及维持可持续发展具有重要意义.现以淮河流域中上游(蚌埠站以上)为研究区，基于1980～2020年的土地利用数据，运用PLUS模型模拟预测研究区在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5以及土地利用现状延续情景下2030～2100年的土地利用类型，并利用InVEST模型中的Carbon模块模拟预测1980～2020年的碳密度以及各个情景下2030～2100年的碳密度，对淮河流域中上游的碳储量时空变化比较分析.结果表明：①1980～2020年，淮河流域中上游的耕地、草地面积减少，林地、水域、建设用地和未利用地增加.1980～2020年耕地面积持续减少，40a共减少了4699km2；建设用地持续增加，40a共增加了4592km2.②1980～2020年，流域碳储量呈下降趋势，共减少了1.05×109t.③在4种情景下，每种土地类型面积都有不同程度的变化，其中SSP1-2.6情景是4种情景中变化比较小的.④与2020年碳储量相比，SSP1-2.6情景碳储量增加了8.7×106t，SSP2-4.5情景碳储量减少了1.42×109t，SSP5-8.5情景碳储量减少了1.34×109t，现状延续情景碳储量减少了1.22×109t.研究可为未来淮河流域中上游(蚌埠站以上)的土地利用结构管理以及生态保护提供科学依据.

关键词：土地利用变化淮河流域中上游 PLUS模型 InVEST模型碳储量

冬小麦不同指标的干旱响应阈值及干旱程度定量分级研究

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江苏农业科学 2024年第5期52卷 119-128页

作者：高晨凯刘水苗李煜铭吴鹏年王艳丽关小康王同朝温鹏飞河南农业大学农学院/河南粮食作物协同创新中心河南郑州450046 河南农业大学资源与环境学院河南郑州450046

为评估冬小麦水分亏缺程度,需要采用合理的评价标准表征植株受旱程度,这对规避气候变化新常态下可能的干旱风险具有重要意义。以冬小麦为研究对象,设置雨养(T1)、漫灌(T2)、滴灌W1(40%~50%FC)、滴灌W2(60%~70%FC)和滴灌W3(80%~100%FC)5... 详细信息

为评估冬小麦水分亏缺程度,需要采用合理的评价标准表征植株受旱程度,这对规避气候变化新常态下可能的干旱风险具有重要意义。以冬小麦为研究对象,设置雨养(T1)、漫灌(T2)、滴灌W1(40%~50%FC)、滴灌W2(60%~70%FC)和滴灌W3(80%~100%FC)5个水分处理,测定了形态指标、光合指标、叶绿素荧光参数和土壤水分含量,采用阈值指标分类法(thresholdindicatortaxaanalysis,简称TITAN)分析上述各农学参数与干旱程度(drought degree,简称D)的定量响应关系,并确定其对干旱程度发生明显改变的临界点,从而对冬小麦受旱程度进行定量分级。结果表明,相较于周麦27,洛麦22的受旱程度较高,各农学参数对干旱胁迫适应性强。基于TITAN法确定了不同冬小麦品种各农学参数的干旱响应临界点,并将2个冬小麦品种划分为4个受旱等级:轻旱D1、中旱D2、中旱D3和重旱D4,其中,洛麦22为0.00农学参数降幅为4.39%~14.35%,其中以净光合速率和气孔导度降幅最为敏感,分别为11.20%~14.35%和10.64%~13.60%,其次是茎生物量(11.76%~12.82%);在冬小麦受到中旱(D2)时,各农学参数降幅均比较严重,降幅为21.73%~4429%;在D3干旱等级时,冬小麦干旱胁迫加剧,其中以周麦27的叶干重降幅最高。本研究结果将为科学评估作物干旱受灾程度提供依据,也为农业防旱抗旱和稳定国家粮食生产提供重要保障。

关键词：冬小麦干旱程度阈值指标分类法(TITAN) 阈值

三七与西洋参种间杂交F1代无性系SSR分子标记及倍性鉴定

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中药材 2024年 547-552页

作者：荣俊博贾文浩张梦阳王英平林红梅李婉莹雷秀娟吉林农业大学中药材学院

目的:通过SSR分子标记技术及流式细胞术对三七Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen与西洋参Panax quinquefolium L.杂交F1代杂种进行真实性鉴定。方法:设计、筛选引物,对随机选取的60份杂交F1代无性系幼苗进行SSR分子鉴定;裂解样品细... 详细信息

目的:通过SSR分子标记技术及流式细胞术对三七Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen与西洋参Panax quinquefolium L.杂交F1代杂种进行真实性鉴定。方法:设计、筛选引物,对随机选取的60份杂交F1代无性系幼苗进行SSR分子鉴定;裂解样品细胞,利用流式细胞仪对60份样品进行倍性分析。结果:筛选出Q2、Q5两条引物可用于三七与西洋参杂交F1代的鉴定,在60份样品中,共有39份具有双亲互补条带;利用流式细胞仪对相同的60份样品进行检测,三倍体样品数为39份,表现为双亲互补条带的样品倍性检测结果均为三倍体,可认定为真杂种。结论:杂交F1代的真实杂种率为65%,SSR分析与倍性检测结果相互印证,证实了鉴定结果的可靠性。

关键词：三七西洋参种间杂交 SSR 倍性鉴定

基于正交试验研究外用加味三黄泻心汤配比及微乳凝胶对痤疮的药效学评价

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中华中医药学刊 2024年

作者：梁进京杨新雪董蕊吉林农业大学中药材学院

研究八味中药的体外抑菌效果，筛选出外用治疗痤疮的最佳复方配比，制备复方微乳凝胶用于小鼠痤疮模型的体内药效学研究。选取痤疮丙酸杆菌和金黄色葡萄球菌为目标菌，采用滤纸片法测定八味中药的抑菌圈直径和最小抑菌浓度（MIC）；采... 详细信息

研究八味中药的体外抑菌效果，筛选出外用治疗痤疮的最佳复方配比，制备复方微乳凝胶用于小鼠痤疮模型的体内药效学研究。选取痤疮丙酸杆菌和金黄色葡萄球菌为目标菌，采用滤纸片法测定八味中药的抑菌圈直径和最小抑菌浓度（MIC）；采用正交试验法优化复方配比；以伪三元相图为评价指标制备微乳，对微乳及微乳凝胶理化性质进行综合评价；采用背部注射痤疮丙酸杆菌建立小鼠痤疮模型，设置空白组、模型组、阳性药组、微乳凝胶组和复方微乳凝胶组，通过HE和Masson染色观察组织病理改变，酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清中炎症因子IL-1β、IL-10和TNF-α水平。结果表明八味中药均有不同程度的抑菌效果，其中黄连对痤疮丙酸杆菌的抑菌效果最好，甘草对金黄色葡萄球菌的抑菌效果最好，MIC均为31.25mg/mL。正交试验结果表明，大黄、黄连、黄芩、甘草以250mg/mL、250mg/mL、125mg/mL、62.5mg/mL，即配比为4:4:2:1时杀菌率最佳。根据伪三元相图得到最终微乳处方为吐温-80为3g，聚乙二醇400为6g，肉豆蔻酸异丙酯为1g，蒸馏水12g，按质量比加入1%卡波姆940，充分溶胀后得到微乳凝胶，将水相用中药复方提取液代替得到复方微乳凝胶。药效学实验表明，与空白组相比，模型组小鼠皮肤组织出现明显的病理改变，血清中IL-1β、IL-10、TNF-α含量显著增高（P < 0.01）；与模型组相比，给药组病理性改变有不同程度的缓解，血清炎症因子含量降低，其中复方微乳凝胶组改善效果最显著（P < 0.01）。以大黄、黄连、黄芩、甘草配伍的复方具有明显的抑菌作用，制备复方微乳凝胶对小鼠痤疮模型有良好的治疗作用，可以有效缓解痤疮丙酸杆菌引发的痤疮炎症反应。

关键词：痤疮加味三黄泻心汤正交试验抑菌实验微乳凝胶药效学

MRb对高脂饮食联合链脲佐菌素诱导的二型糖尿病小鼠骨骼肌蛋白质组学分析

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吉林农业大学学报 2024年

作者：宋佳王传政钱程锦郭雨薇王爱杨刘志吉林农业大学中药材学院

为探究丙二酰基人参皂苷Rb1(MRb1)对二型糖尿病小鼠的治疗作用，并通过骨骼肌蛋白质组学技术研究其作用机制。实验选取C57BL/6J小鼠作为研究对象，采用高脂饮食联合链脲佐菌素建立二型糖尿病小鼠模型。设立正常组(NC)、模型组(DC)、MRb... 详细信息

为探究丙二酰基人参皂苷Rb1(MRb1)对二型糖尿病小鼠的治疗作用，并通过骨骼肌蛋白质组学技术研究其作用机制。实验选取C57BL/6J小鼠作为研究对象，采用高脂饮食联合链脲佐菌素建立二型糖尿病小鼠模型。设立正常组(NC)、模型组(DC)、MRb1高剂量组(MRb1-40)和MRb1低剂量组(MRb1-20)，每组10只鼠。给药组小鼠分别给予40 mg/kg/d及20 mg/kg/d剂量的MRb1，进行为期5周的治疗。实验结果显示，MRb1能显著降低二型糖尿病小鼠空腹血糖、血脂和胰岛素指数，升高了胰岛素的水平，改善了胰岛素抵抗和脂质代谢紊乱。同时，骨骼肌蛋白质组学研究结果显示，NC vs DC比较组共筛选出差异表达蛋白108个，其中上调蛋白有62个，下调蛋白有46个。差异蛋白富集的KEGG信号通路主要包括PPAR信号通路、脂肪酸降解、脂肪酸代谢、胰岛素信号通路、AMPK信号通路等。DC vs MRb1比较组共筛选出差异表达蛋白48个，其中上调蛋白有39个，下调蛋白有9个。差异蛋白富集的KEGG信号通路主要有糖酵解、糖异生、胰高血糖素信号通路、钙信号通路等。这些结果表明MRb1显著的改变了糖尿病小鼠骨骼肌组织中蛋白质表达谱，影响多条与糖尿病和骨骼肌相关的信号通路。本研究为糖尿病骨骼肌相关发病机制和MRb1治疗二型糖尿病的靶点筛选提供了参考。

关键词：二型糖尿病丙二酰基人参皂苷Rb 骨骼肌蛋白质组学

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人参植物外泌体样纳米颗粒的研究进展

吉林农业大学学报 2024年

作者：胡冰冰李伟吉林农业大学中药材学院

近年来，从胡萝卜、苹果、西兰花等植物中提取的植物外泌体样纳米颗粒(Plant-derived exosome-like nanoparticles， PELNs)不断被开发出来，其特征、成分、功能和治疗效果的评估被学者广泛关注。人参作为我国珍贵传统中草药，是吉林省... 详细信息

近年来，从胡萝卜、苹果、西兰花等植物中提取的植物外泌体样纳米颗粒(Plant-derived exosome-like nanoparticles， PELNs)不断被开发出来，其特征、成分、功能和治疗效果的评估被学者广泛关注。人参作为我国珍贵传统中草药，是吉林省最具代表性中药材，鉴于其具有显著的药理活性和研究价值，人参植物外泌体样纳米颗粒(Ginseng plant exosome-like nanoparticles，GENs)的提取分离、纯化、生物活性等方面也备受关注，并有望成为新的研究热点。文章简要概述并归纳GENs的研究现状，以期为GENs的深入研究提供理论借鉴和参考。

关键词：人参外泌体样纳米颗粒提取分离生物活性

红参中新化合物组氨酸单糖苷的结构鉴定及其合成工艺优化

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吉林农业大学学报 2024年

作者：钱思羽李伟吉林农业大学中药材学院

目的：研究组氨酸单糖苷的体外合成，并对合成工艺进行优化，以提高组氨酸单糖苷的转化率，为新药开发奠定基础。方法：以组氨酸和葡萄糖为反应底物，有机酸为催化剂，1，2-丙二醇为合成媒介，水浴摇床条件下进行美拉德反应，生成组氨... 详细信息

目的：研究组氨酸单糖苷的体外合成，并对合成工艺进行优化，以提高组氨酸单糖苷的转化率，为新药开发奠定基础。方法：以组氨酸和葡萄糖为反应底物，有机酸为催化剂，1，2-丙二醇为合成媒介，水浴摇床条件下进行美拉德反应，生成组氨酸单糖苷。讨论了反应催化剂、反应温度、反应时间及合成媒介使用量对组氨酸单糖苷合成率的影响，并采用响应面法进行工艺优化。结果：确定合成反应最佳工艺为以苹果酸为合成催化剂，反应温度为73℃，反应时间为82min，反应媒介使用量为原使用量四倍，在此条件下，得到最优合成率为79.85%±1.254%。结论：本文为进一步揭示红参美拉德反应原理提供理论依据，也为其在人参加工炮制方面的应用提供参考，更为后续深入阐述组氨酸单糖苷的生物活性提供物质基础。

关键词：组氨酸单糖苷合成工艺优化响应面分析法