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基于超分辨率重建与机器学习的油菜苗情监测方法

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农业机械学报 2024年第6期55卷 196-201页

作者：杨扬刘洋苏宸赵杰张强强周广生华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学植物科学技术学院武汉430070 安徽农业大学农学院合肥230036

为优化养分管理和确保植株正常生长,以无人机遥感技术高效且非破坏采集田间作物苗情信息,监测油菜苗期的叶面积指数(LAI)与叶绿素相对含量(SPAD)。针对无人机因飞行高度与图像分辨率相互制约,监测效率与监测精度难以兼顾的问题,采用超... 详细信息

为优化养分管理和确保植株正常生长,以无人机遥感技术高效且非破坏采集田间作物苗情信息,监测油菜苗期的叶面积指数(LAI)与叶绿素相对含量(SPAD)。针对无人机因飞行高度与图像分辨率相互制约,监测效率与监测精度难以兼顾的问题,采用超分辨率重建方法,融合较低飞行高度拍摄高分辨率影像,重建较高飞行高度拍摄影像,建模完成后可通过拍摄飞行影像监测LAI和SPAD。试验设置3个氮肥梯度、3个播期、3个种植密度处理,在苗期利用无人机分别采集20m及40m 2个飞行高度的油菜苗影像,采用SRRestnet方法,对40m影像进行超分辨率重建。基于20m、40m及40m重建影像中提取的3种特征组合,利用偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种机器学习方法对LAI和SPAD进行监测。结果表明,超分辨率重建后的图像在表型苗情监测中表现出良好效果,PLSR监测LAI、RF监测SPAD的监测精度最高,且40m重建图像的作业效率相比于20m图像提高48.6%。

关键词：油菜苗情监测叶面积指数叶绿素相对含量超分辨率重建机器学习

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小麦面筋蛋白遗传特性综合评价

食品科学 2024年第11期45卷 8-15页

作者：姜兰芳毛航王雪曹勇郝建宇马小飞王敏李晓丽张定一姬虎太山西农业大学小麦研究所山西临汾041000 山西农业大学农学院山西太谷030801

本研究对44个小麦品种的19个面筋蛋白性状进行分析,运用主成分分析、相关性分析、隶属函数法和逐步回归等方法对面筋蛋白品质进行综合评价。结果表明:二硫键含量变幅为3.28~6.78μmol/g,巯基含量的变幅为13.30~16.66μmol/g。面筋蛋白... 详细信息

本研究对44个小麦品种的19个面筋蛋白性状进行分析,运用主成分分析、相关性分析、隶属函数法和逐步回归等方法对面筋蛋白品质进行综合评价。结果表明:二硫键含量变幅为3.28~6.78μmol/g,巯基含量的变幅为13.30~16.66μmol/g。面筋蛋白性状变异范围在4.74%~89.46%,其中稳定时间、粉质质量指数等变异系数较大,表明蛋白质量性状的变异潜力较丰富。主成分分析将19个蛋白性状转换为3个综合因子,贡献率分别为40.80%、19.86%和15.88%,累计贡献率达到76.54%,可以很好地将面筋蛋白归为质量性状、聚集性状和数量性状3类。利用隶属函数法计算面筋蛋白综合评价值(D值),主成分因子中载荷较大的12个性状的平均值与D值均呈显著正相关。通过逐步回归建立了7个性状(二硫键含量、麦谷蛋白大聚体含量、蛋白质含量、干面筋含量、面筋指数、拉伸面积和最大峰值时间)作为自变量的回归方程。面包品质评价指标与D值之间具有较好的线性关系,决定系数R2在0.5614~0.7713之间,验证了D值的准确性和可行性。结论:不同筋力小麦面筋蛋白存在较丰富的变异潜力;采用多元统计分析方法综合评价面筋蛋白品质具有可行性;面筋蛋白的量与质以及面筋网络中二硫键的含量可作为小麦品质评价和改良的关键指标。

关键词：小麦二硫键含量面筋蛋白主成分分析综合评价

不同干燥方式对红托竹荪干燥特性和品质的影响

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农业工程学报 2024年第6期40卷 90-100页

作者：代建武周厚彬黄杰张庆李莹露秦文四川农业大学机电学院雅安625014 四川农业大学食品学院雅安625014

为提高红托竹荪干燥品质并获得最佳干燥工艺,采用真空红外干燥(vacuum infrared drying,VID)、气流冲击干燥(air impingement drying,AID)、控湿干燥(moisture control drying,MCD)等不同干燥方式对红托竹荪进行对比研究,以热风干燥(hot... 详细信息

为提高红托竹荪干燥品质并获得最佳干燥工艺,采用真空红外干燥(vacuum infrared drying,VID)、气流冲击干燥(air impingement drying,AID)、控湿干燥(moisture control drying,MCD)等不同干燥方式对红托竹荪进行对比研究,以热风干燥(hot air drying,HAD)作为对照组,研究不同干燥方式及温度对红托竹荪干燥品质的影响。试验结果表明不同干燥方式对竹荪宏观品质产生了显著影响,其中MCD可获得最小的色差∆E和收缩率,AID则能够保证较高的复水比;干燥速率方面,MCD在前期能够获得较高的干燥速率,但后期干燥速率会放缓,而AID在整个干燥过程都具有较高的干燥速率,干燥时间较短;在成分保留上,MCD可以保留较高含量的多糖、三萜和黄酮,而采用VID可以有效保护多酚。单位能耗随干燥温度的升高明显降低,不同方式下VID的干燥能耗值整体偏大,MCD的单位能耗最低(18.82 kW·h/kg)。通过主成分分析法,上述干燥方式对红托竹荪综合评分后得到的结果排序为:MCD>AID>VID>HAD,MCD干燥方式中采用60℃相对湿度为40%,保湿时间15min的干燥工艺综合品质较佳,在此加工方式下的红托竹荪综合评分为2.94,该研究可为红托竹荪高品质干燥提供一定参考。

关键词：红托竹荪真空红外干燥气流冲击干燥控湿干燥主成分分析

手持式近红外光谱仪测定梨三种品质指标通用模型建模方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 406-412页

作者：毛欣然夏静静徐惟馨韦芸陈玥瑶陈月飞闵顺耕熊艳梅中国农业大学理学院北京100193

梨是生活中非常常见的水果,梨的糖度、酸度(pH)、硬度是评价梨品质的重要指标。近红外光谱技术因快速、无损和高效等优点,广泛应用于检测水果品质指标。手持式近红外光谱仪可以应用于现场无损检测梨品质,梨的大小不同会对梨的光谱和建... 详细信息

梨是生活中非常常见的水果,梨的糖度、酸度(pH)、硬度是评价梨品质的重要指标。近红外光谱技术因快速、无损和高效等优点,广泛应用于检测水果品质指标。手持式近红外光谱仪可以应用于现场无损检测梨品质,梨的大小不同会对梨的光谱和建模产生一定影响。因此,采集大小不同的5个品种梨果(雪梨、红香酥、蜜梨、红肖梨、酸梨)的近红外光谱,最大的雪梨平均赤道周长27.64 cm,重量为362.84 g,最小的蜜梨平均赤道周长18.35 cm,重量为112.67 g,共197个样品。光谱范围为900~1700 cm^(-1),并在梨的赤道上选取三个点测量梨果的可溶性固形物、酸度(pH)与硬度三个化学指标。采集光谱发现,小梨吸光度较大,而大梨吸光度较小。采用三点平均光谱代表样品光谱和一阶导预处理,改善了光谱的一致性,解决了样品不均匀性、不同梨大小不同等因素的影响。线性回归模型PLS可溶性固形物、酸度(pH)和硬度的校正集决定系数依次为0.7394、0.9335、0.8866,预测集决定系数依次为0.7559、0.8734、0.7874,校正集RMSEC依次为0.5504、0.1941、0.5181。预测集RMSEP依次为0.6564、0.2420、0.6692。非线性回归LSSVM模型可溶性固形物、酸度(pH)和硬度的校正集决定系数依次为0.9763、0.9999、0.9960,预测集决定系数依次为0.9234、0.9777、0.9394,校正集RMSEC依次为0.1949、0.0033、0.0894。预测集RMSEP依次为0.3169、0.1089、0.3613。对比线性算法和非线性算法,LS-SVM建模效果明显优于PLS,LS-SVM算法适用于更多的品种、更宽的品质指标范围的样品预测,模型的准确度和稳定性有了显著提高,可以建立不同品种大小的梨的通用模型。手持式近红外光谱仪可用于梨果的糖度、硬度和pH值的快速无损高效检测,并摆脱了实验室的限制,可以实现现场快速检测。

关键词：手持式近红外仪梨偏最小二乘法最小二乘支持向量机

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加工方式对大豆油中挥发性物质的影响

中国食品学报 2024年第2期24卷 248-259页

作者：程建军王兆华于殿宇张赫尤美月潘明喆东北农业大学食品学院哈尔滨150030

为探究加工方式对大豆油风味物质的影响,采用电子鼻与顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用相结合的方法分析浸提、热榨和冷榨3种方式加工的大豆油挥发性物质的差异。结果表明:在3种大豆油样品中共检出86种挥发性物质,其中浸提油53种,热榨... 详细信息

为探究加工方式对大豆油风味物质的影响,采用电子鼻与顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用相结合的方法分析浸提、热榨和冷榨3种方式加工的大豆油挥发性物质的差异。结果表明:在3种大豆油样品中共检出86种挥发性物质,其中浸提油53种,热榨油54种,冷榨油45种,主要包括醛类、醇类、酮类、酸类、酯类、萜烯类、杂环类(呋喃和吡嗪)以及烃类等化合物。在3种大豆油中检出相同的挥发性物质有24种。主成分分析和层次聚类分析结果表明加工方式对大豆油风味的影响较大。采用气味活度值(OAV)判定3种大豆油样品的关键风味物质,浸提油中检出关键风味物质15种,以3-壬烯-2-酮等物质为主,使浸提油具有浆果风味。热榨油中检出关键风味物质16种,其中2,5-二甲基吡嗪等杂环类物质使热榨油具有独特的烘焙风味。冷榨油中检出12种关键风味物质,以(E,E)-2,4-庚二烯醛等醛类物质为主,使冷榨油具有天然油脂风味。偏最小二乘回归分析表明电子鼻与气相色谱-质谱联用的检测结果间存在较好相关性。

关键词：气相色谱-质谱联用法(GC-MS) 电子鼻大豆油加工方式风味物质

不同比例硫酸铵替代尿素对玉米根际土壤环境及微生物群落的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3584-3594页

作者：张延慧刘宇韩莹董馨宇郭探文闫秋艳闫双堆山西农业大学资源环境学院太谷030801 山西农业大学小麦研究所临汾041000 山西农业大学农业资源与环境国家级实验教学示范中心太谷030801

为了探究工业副产物硫酸铵以不同比例替代尿素做为氮肥施入土壤后对土壤养分以及微生物群落的影响,进行了盆栽玉米试验.试验采用完全随机设计方法,共设置5个处理:CK(不施肥)、U_(10)S_(0)(100%尿素)、U_(8)S_(2)(80%尿素+20%硫酸铵)、U_... 详细信息

为了探究工业副产物硫酸铵以不同比例替代尿素做为氮肥施入土壤后对土壤养分以及微生物群落的影响,进行了盆栽玉米试验.试验采用完全随机设计方法,共设置5个处理:CK(不施肥)、U_(10)S_(0)(100%尿素)、U_(8)S_(2)(80%尿素+20%硫酸铵)、U_(6)S_(4)(60%尿素+40%硫酸铵)和U_(0)S_(10)(100%硫酸铵).应用常规方法进行土壤基本理化性质以及玉米植株干重的测定,通过Illumina Nova Seq平台进行微生物测序.结果表明:①在玉米的各个生育期,施肥处理土壤p H(7.85~8.15)与CK(8.1~8.21)相比都有所下降,并且随着硫酸铵比例的增加p H呈不断下降的趋势;②在玉米各生育期土壤碱解氮含量随着硫酸铵比例的增加呈逐渐增加的趋势,U_(0)S_(10)处理比CK和U_(10)S_(0)处理分别提高了30.56%~63.68%和13.22%~38.43%;有机碳含量变化趋势为:U_(8)S_(2)>U_(6)S_(4)>U_(0)S_(10),但除苗期以外其他生育期添加硫酸铵的处理都仍高于U_(10)S_(0)处理;③所有的施肥处理蛋白酶活性都高于对照,并且随着玉米的不断生长和硫酸铵比例的增加蛋白酶活性逐渐增强,U_(0)S_(10)处理在玉米各生育期都高于U_(10)S_(0)处理,提高了10.54%~100%;各施肥处理土壤蔗糖酶活性范围为0.04~0.24 mg·(g·24 h)^(-1),并在所有生育期U_(0)S_(10)处理都显著高于U_(10)S_(0)和CK处理,分别提高了20.32%~99.16%、24.31%~79.33%;④所有施肥处理的玉米根际细菌和真菌物种丰富度都低于CK处理,U_(10)S_(0)处理仅低于CK,硫酸铵替代尿素的3个处理细菌群落物种多样性趋势为:U_(8)S_(2)>U_(0)S_(10)>U_(6)S_(4),真菌为:U_(6)S_(4)>U_(8)S_(2)>U_(0)S_(10);⑤U_(0)S_(10)和U_(10)S_(0)处理玉米植株干重最大,分别比CK处理提高了39.47%和36.16%,U_(0)S_(10)处理高于U_(10)S_(0)处理但差异不显著;Pearson模型表明相关环境变量对土壤根际真菌和细菌物种丰富度和多样性有一定影响,其中p H值和土壤碱解氮含量是影响微生物物种多样性的最主要因素.综上,在石灰性褐土的玉米种植中,以一定比例硫酸铵替代尿素比单施尿素更能提高土壤养分,在一定程度上影响了玉米生长及根际微生物群落,并且有更大的产出.

关键词：硫酸铵 pH 碳氮养分土壤酶活性根际微生物

不同酶解条件下大豆分离蛋白结构特性及起泡性研究

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农业机械学报 2024年第5期55卷 431-439页

作者：齐宝坤王英李子玉张小影王帅东北农业大学食品学院哈尔滨150030

以大豆分离蛋白(SPI)为原料,采用碱性蛋白酶(Alcalase)进行酶解(0~180 min),通过凝胶电泳、傅里叶红外光谱(FT-IR)和内源荧光光谱等方法探究酶解产物的结构变化;通过表面张力、界面蛋白吸附量等指标说明酶解产物的界面行为,并分析结构... 详细信息

以大豆分离蛋白(SPI)为原料,采用碱性蛋白酶(Alcalase)进行酶解(0~180 min),通过凝胶电泳、傅里叶红外光谱(FT-IR)和内源荧光光谱等方法探究酶解产物的结构变化;通过表面张力、界面蛋白吸附量等指标说明酶解产物的界面行为,并分析结构变化和界面行为对泡沫性质的影响。经酶解后,蛋白中7S和11S典型条带消失并有新条带产生(约24 ku);与SPI相比,水解物中α-螺旋含量减少,β-转角和无规则卷曲含量增加;荧光波长发生红移。以上结果说明蛋白结构展开,进而促进蛋白功能性的改变。结果发现,酶解90 min时样品起泡性最好(起泡性指数143.20%),可能由于此时水解物平均粒径最低(208.10 nm),溶解度较高(90.44%),表面张力最低,有利于提升水解物在空气-水界面的吸附速率,但由于酶解作用产生较小的肽段失去了蛋白质网络结构的能力,因而对泡沫稳定性有负面的影响。此外,酶解作用大大提高了蛋白抗氧化性。通过酶解可以有效地改善SPI的起泡性,拓宽了酶解后的SPI作为一种有效的起泡剂在食品中的应用范围。

关键词：大豆分离蛋白碱性蛋白酶界面行为起泡性抗氧化

碱性及复合蛋白酶复配水解对脱脂牛乳致敏性的影响

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中国食品学报 2024年第6期24卷 97-106页

作者：钱冠林孙敬杨慧梁肖娜岳喜庆郑艳沈阳农业大学食品学院沈阳110000

牛乳中致敏蛋白在一定程度上限制了其在婴幼儿配方奶粉中的使用。以脱脂牛乳为原料,以水解度、脱脂牛乳IgG抑制率、过敏患者血清IgE抑制率为指标,研究碱性、复合蛋白酶复配处理对其致敏性的影响。结果表明,复配酶的酶活与底物比(E/S)为6... 详细信息

牛乳中致敏蛋白在一定程度上限制了其在婴幼儿配方奶粉中的使用。以脱脂牛乳为原料,以水解度、脱脂牛乳IgG抑制率、过敏患者血清IgE抑制率为指标,研究碱性、复合蛋白酶复配处理对其致敏性的影响。结果表明,复配酶的酶活与底物比(E/S)为6000 U/g,碱性蛋白酶与复合蛋白酶质量比为3∶1,酶解时间60 min时,脱脂牛乳的水解度为9.21%,对脱脂牛乳IgG及过敏患者血清IgE抗体抑制率分别为86.94%与43.46%,显著高于单一蛋白酶(P<0.05)的处理效果。研究结果为以脱脂牛乳为婴幼儿奶粉基料的开发提供了重要参考。

关键词：脱脂牛乳复配酶解致敏性 ELISA

灰霉病早期胁迫下花椰菜多酚氧化酶活性的高光谱研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 534-541页

作者：王凯薛建新李尧迪张明月山西农业大学农业工程学院山西晋中030801

利用高光谱技术实现灰霉病早期胁迫下花椰菜多酚氧化酶(PPO)活性的快速无损检测。为了使预测效果更好,在900~1700 nm光谱范围内采集253个健康花椰菜样本及257个染病花椰菜样本的光谱信息,并使用分光光度计法对样本中多酚氧化酶活性进行... 详细信息

利用高光谱技术实现灰霉病早期胁迫下花椰菜多酚氧化酶(PPO)活性的快速无损检测。为了使预测效果更好,在900~1700 nm光谱范围内采集253个健康花椰菜样本及257个染病花椰菜样本的光谱信息,并使用分光光度计法对样本中多酚氧化酶活性进行测定。对健康及染病花椰菜样本PPO活性均值进行分析,发现健康花椰菜PPO活性均值(10.257 U·g^(-1))小于染病花椰菜PPO活性均值(12.324 U·g^(-1))。利用光谱-理化值共生距离(SPXY)算法对样本进行校正集(健康样本193个,染病样本197个)和预测集(健康样本60个,染病样本60个)的划分,对划分后的样本集进行六种单一预处理(卷积平滑算法SG、去趋势算法DT、中值滤波MF、归一化处理NOR、标准正态变量变换SNV、基线校正Baseline)。利用相关系数(R)和均方根误差(RMSE)作为模型评价指标,发现预处理能够有效提高模型的精度和稳定性,其中健康样本经NOR预处理后的预测集建模效果最好;染病样本经DT预处理后的预测集建模效果最好。采用连续投影算法(SPA)与回归系数法(RC)提取特征波长,建立PPO活性值的偏最小二乘回归(PLSR)、最小二乘支持向量机(LS-SVM)及BP神经网络三种预测模型,探究不同特征波长提取方法对模型精度的影响,比较不同建模方式对花椰菜PPO活性预测的准确度。结果说明提取特征波长可以优化光谱信息,SPA和RC对两种样本提取的波长个数分别为9,12,7和11,其中SPA优化后的光谱数据对健康样本PPO活性预测效果较好,RC优化后的光谱数据对染病样本PPO活性预测效果较好。对比分析模型效果,发现LS-SVM模型对两种样本和其对应的酶活性产生了很好的拟合效果。最终发现,SPA-LS-SVM模型对于健康花椰菜PPO活性预测效果较好,其预测相关系数(Rp)为0.832,预测均方根误差(RMSEP)为1.676;RC-LS-SVM模型对于染病花椰菜PPO活性预测效果较好,其Rp为0.848,RMSEP为1.156。研究结果表明高光谱技术可以实现灰霉病早期胁迫下花椰菜多酚氧化酶活性的测定,为快速检测花椰菜多酚氧化酶活性及便携式仪器开发提供了科学依据。

关键词：花椰菜灰霉病多酚氧化酶高光谱无损检测