科研产出
基于深度学习、小波变换和可见光谱的茶树冻害程度评估
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：茶树冻害鉴定是评价茶树抗逆性、指导茶园越冬管理的基础。茶树冻害鉴定的传统方法主要通过人工观察茶树叶片的冻害数量和冻害程度，存在准确率低，效率低，主观性强等缺点。提出一种基于深度学习、小波变换和可见光谱的茶树冻害程度评估框架。首先，采集了1 000张茶树受冻后的树冠图像，并且按照4∶1分为训练集和测试集，并对训练集图像的冻害叶片进行标注。其次，采用Faster R-CNN网络对茶树的冻害叶片进行识别提取，并且分别选择了AlexNet、 VGG19和ResNet50三种特征提取器，选择鲁棒性最高的特征提取器作为主干网络。然后，将提取到的茶树冻害叶片图像进行小波变换增强处理，从而得到了一张低频率和三张高频率的图像。将小波变换处理后的图像和未经小波变换处理的图像分别输入到VGG16、 SVM、 AlexNet、 ResNet50等网络对冻害叶片进行分级，比较四种网络的分类性能。根据冻害叶片的数量、冻害叶片的程度，不同冻害程度叶片的权重系数，对茶树受冻程度打分，从而对茶树整体的冻害程度进行评估。结果表明：（1）基于ResNet50的Faster R-CNN模型提取茶树冻害叶片的性能最好，其查准率为93.33%,查全率为92.57%,高于VGG19和AlexNet作为主干网络的识别性能，可以确保大多数的冻害叶片都能被提取出来，并为叶片的冻害程度进一步分级提供基础。（2）VGG16模型分类不同冻害程度的叶片的整体准确率为89%,高于其他模型（SVM、 AlexNet、 ResNet50）的整体分类准确率，表明VGG16模型具有较高的鲁棒性。（3）小波变换处理后的冻害叶片图像与未经小波变换处理后的冻害叶片相比较，能提升模型的整体分类准确率2%～6%。说明小波变换增强技术可以提高网络的准确率。因此，本实验框架可以准确和高效地将茶树冻害叶片进行分级，对于茶园冻害程度的评估具有重要价值，为北方茶园的越冬防护提供技术支撑。
关键词： 茶树 冻害叶片 Faster R-CNN VGG16 小波变换
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花青素对植物反射特性的影响及遥感估算:叶片尺度
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：花青素是植物三大色素之一，与植物的生长发育、生长状态以及生长环境状况密切相关，花青素动态变化对生态环境的监测和预警具有重要意义。对叶片光学特性与色素关系的深入理解是估算色素浓度的前提，然而花青素对叶片光学属性的影响并未能得到系统地分析，极大地限制了植物花青素的反演和监测。该研究从机理出发，采用包含花青素参数的新一代植物叶片辐射传输模型PROSPECT-D,结合改进的Sobol’算法，获取输入参数协同变化条件下叶片的光学表现，计算模型参数的全局敏感性指数，全面分析花青素对叶片光学属性的影响，探索花青素的光学敏感波谱区间，在此基础上，以地面实测的叶片波谱和色素数据为样本，发展并探讨叶片尺度花青素的遥感反演方法。结果表明，Sobol’全局敏感性分析结果受样本量变化的影响，总敏感性指数在样本数为3 000时达到稳定；花青素主要影响400～689 nm波谱范围的叶片反射特性，叶片对光子的反射能力随花青素含量的增加而降低；叶绿素、类胡萝卜素与花青素对叶片的反射存在协同作用，在467～589 nm波谱区间，花青素对叶片反射的贡献高于其他参数，花青素总敏感性指数在509 nm处最高（86.64%）;基于叶绿素、类胡萝卜素对叶片反射能力的贡献程度，花青素的波谱敏感区间可分为三个部分：467～505 nm（花青素、叶绿素、类胡萝卜素共同影响区）、 506～541 nm（花青素、类胡萝卜素影响区）、 542～589 nm（花青素、叶绿素影响区）;叶片花青素含量与敏感区间的高光谱窄波段、波谱指数之间存在显著的线性关系。在所有的窄波段中，样本花青素含量与560 nm的叶片反射率的相关性最好，相关系数为0.948,但由于花青素与叶绿素、类胡萝卜素光谱吸收波段重叠，考虑其他色素干扰的波谱指数ARI、 mARI（Sentinel-2波段参考）与花青素表现出了好的相关性（相关系数分别为0.953 2, 0.953 6）,但由于波段设置的差异，不同卫星的波谱指数表现并不一致。该研究可为未来更大范围的花青素遥感估算奠定重要的理论基础。
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基于改进1D-VD-CNN与近红外光谱数据的金银花产地溯源研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：金银花是清热解毒必备良药，市面上金银花来源复杂，最著名的山东平邑产金银花在市场上常遭造假。已有的鉴别方法大多耗时长、成本高且操作复杂，亟需一种快速高效的金银花产地溯源方法。针对应用在金银花鉴别中的近红外光谱（NIRS）数据的一维卷积神经网络（1D-CNN）鉴别模型存在参数量过大、模型效率过于低下、计算复杂度高，同时易产生过拟合问题，对传统1D-CNN结构作出改进。使用效率较高的VD（Very Deep）结构替代传统1D-CNN中隐含层结构，并针对NIRS数据适应性改进，使其可直接应用于一维NIRS数据。改进分为三步：（1）将特征层的设计转为2个约束优化设计：第一约束条件设每个卷积层C值（卷积核与感受野的大小比值）为1/6,可提高网络模型效率；第二约束条件取顶层感受野大小为数据向量大小，实现更深层数据特征提取，并减小过拟合。（2）通过降采样把特征层输出特征向量缩小至较小的尺寸；（3）使用两个1×5大小的卷积层和一个带有Dropout的池化层将数据大小降采样到只有一个矢量的向量替代分类作用的全连接层，进而减小参数量。采集河南、山东、河北、重庆主要产地出产的金银花为样品500份。测试光谱范围908～1 676 nm,采用KS法对样品集预处理，并用shuffle算法完成训练集、验证集、测试集划分，构建基于改进1D-VD-CNN与近红外光谱的金银花产地鉴别模型。结果表明，1D-VD-CNN训练集与测试集准确率均达到100%,损失值收敛为0.001附近。与传统1D-CNN模型相比，1D-VD-CNN模型的训练集与测试集准确率分别提升为约0.5%与1.4%,参数量和FLOPs分别减少近1 M（兆）和20 M（兆）。与原始光谱数据分析法和PLS-DA法对比分析，表明1D-VD-CNN模型对金银花近红外光谱分类具有更高的效率和更好的识别性能。
关键词： 金银花 近红外光谱 超深度 一维卷积神经网络 产地溯源
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基于酶联金纳米复合探针的磁分离免疫传感器检测莱克多巴胺
《分析化学 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：构建了一种基于新型酶联金纳米复合探针(E-GNPs)的磁分离竞争免疫传感器,用于检测莱克多巴胺(Ractopamine,RAC).通过链霉亲和素与生物素的特异性相互作用,在抗体上标记辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP),采用静电组装法将抗体修饰于金纳米颗粒表面得到E-GNPs,引入卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)-RAC半抗原(Hapten)复合物包被的磁珠进行竞争反应,通过显色反应实现目标物的定量分析.当目标分子RAC浓度变化时,酶催化底物显色随之改变,并且RAC的浓度与显色信号强度呈线性关系.紫外-可见吸收光谱表征结果表明,一个E-GNPs可携带11个HRP分子,使得该免疫传感器具有较高的灵敏度,检出限低至1.75 pg/mL,较传统酶联免疫方法灵敏度提高了10倍.交叉反应实验结果表明,此传感器对RAC的选择性良好,可应用于猪肉、牛肉和羊肉等实际样品中RAC的检测,加标回收率为88.3% ~103.4%.本方法为动物源食品中RAC的快速筛查提供了一种新思路.
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小麦条锈病胁迫下光合速率与光谱指数关系研究
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为应用遥感技术进行小麦条锈病的实时监测以及大范围作物病害识别,明确条锈病胁迫下小麦光谱反射率和净光合速率与病情指数的关系,利用光谱植被指数预测小麦光合速率的变化,在2018年—2019年度冬小麦生长季节,以易感条锈病的济麦15号小麦品种为对照,以生产上播种面积较大的济麦22和鲁原502为供试品种,基于大田小区条锈病接种试验,从抽穗期到乳熟期,每隔7~10 d进行小麦旗叶光合速率、光谱反射率测定及病情指数调查.研究发现,随感病程度加重,小麦旗叶光合速率呈显著下降趋势,扬花期济麦22光合速率高于鲁原502.灌浆期可见光波段,病斑部位的光谱反射率始终高于正常部位,这是由于病斑部位叶片单位面积上叶绿素含量较低,对光吸收的少;而在反射平台区域,病斑部位的光谱反射率较正常叶低得多.利用与病害胁迫、生长状况以及产量相关较大的光化学反射指数(photochemical reflectance index,PRI)、植被衰减指数(plant senescence reflectance index,PSRI)和比值植被指数(ratio vegetation in-dex,RVI)来反映病情指数变化,结果显示,病斑部位的光化学反射指数和植被衰减指数大于正常部位,且植被衰减指数变化率较大,而比值植被指数变化率小于正常部位.小麦不同生育期,光合速率与光谱反射率的相关性不同,模拟光合速率的植被指数也不同.灌浆期,鲁原502的光合速率与光谱反射率始终呈正相关关系;在可见光范围内,对照光合速率与光谱反射率呈正相关,济麦22呈负相关;在反射率平台位置,对照光合速率与光谱反射率呈负相关,济麦22呈正相关.在小麦灌浆期,可以利用植被衰减指数进行病害程度识别及光合速率估测.该研究为利用遥感手段大面积监测小麦长势及病害发生情况提供了理论依据,也为探讨利用光谱指标无损监测的方法预测小麦条锈病发生及危害程度奠定了基础.
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液相色谱-串联质谱法测定果蔬中双三氟虫脲、四氯虫酰胺和氰虫酰胺残留
《分析化学 》 2017 SCI 北大核心 CSCD
摘要：建立了蔬菜和水果中双三氟虫脲、四氯虫酰胺和氰虫酰胺3种新型杀虫剂的分散固相萃取-液相色谱-串联质谱检测方法。样品经乙腈均质提取,混合使用乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)和C18基质分散净化剂进行净化,液相色谱-三重四极杆串联质谱(LC-MS/MS)同时进行检测。双三氟虫脲和四氯虫酰胺采用多反应监测负离子模式,氰虫酰胺采用多反应监测正离子模式。双三氟虫脲在苹果、洋葱和经微波处理的洋葱样品中均不存在基质效应,可采用纯溶剂标准外标法或者采用基质匹配标准溶液定量检测;四氯虫酰胺和氰虫酰胺存在程度不同的基质减弱效应,采用空白基质匹配的校正标准曲线外标法定量。3种杀虫剂均在0.2~100μg/L线性范围内具有良好的线性关系,相关系数均大于0.9990。在0.005~2.000 mg/kg范围内,平均添加回收率为81.6%~99.9%,相对标准偏差为3.6%~9.8%。氰虫酰胺、四氯虫酰胺和双三氟虫脲的检出限分别为0.064,0.048和0.001μg/kg,定量限分别为0.210,0.160和0.004μg/kg。
关键词： 液相色谱-串联质谱 水果和蔬菜 双三氟虫脲 四氯虫酰胺 氰虫酰胺
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沉淀聚合法制备单分散聚(4-乙烯基吡啶-co-二乙烯基苯/三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)聚合物微球
《高分子学报 》 2016 SCI 北大核心 CSCD
摘要：以4-乙烯基吡啶(4-VP)为功能单体、二乙烯基苯(DVB)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)为混合交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙腈为反应介质,采用沉淀聚合法制备单分散聚合物微球.考察了共聚单体、溶剂、引发剂等聚合条件对聚合物微球粒径、分散性以及产率的影响.并用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、热重分析仪和红外光谱对微球进行了表征.结果表明,聚合物微球的表面形貌和产率可通过改变溶剂体积、单体/交联剂摩尔比和引发剂浓度等因素进行控制.降低乙腈溶液体积、增加DVB摩尔比例及交联剂摩尔比、可增加聚合物粒径及粒度分布均匀性,而聚合物产率随溶剂体积和DVB摩尔比增大而减小,随交联剂摩尔比和引发剂浓度的增加而增加.在最优条件下,即DVB和TRIM两者摩尔比4∶1,单体/交联剂摩尔比1∶5,乙腈用量为5.6 m L(单体和交联剂占介质体积的7%),引发剂浓度为2 wt%~6 wt%(占总反应单体的量)时,可获得形貌规则、产率较高的单分散poly(4-VP-co-DVB/TRIM)微球,微球平均粒径约4.02μm,粒径分布指数(U)为1.013.此外,热重分析结果显示,聚合微球于350℃时开始分解,600℃时失重率达84.9%.
关键词： 沉淀聚合 聚合物微球 4-乙烯基吡啶(4-VP) 二乙烯基苯(DVB) 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)
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超高效液相色谱-串联质谱法研究阿维菌素在苹果和土壤中的残留消解动态
《分析化学 》 2010 SCI 北大核心 CSCD
摘要：建立了苹果和土壤中阿维菌素残留量的超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测方法,并且应用本方法研究产自泰安、西安及北京的苹果和土壤中阿维菌素的代谢规律。样品经乙腈萃取后,用饱和NaCl盐析分层,静置30min后,旋转蒸发浓缩,氨基柱净化,应用UPLC-MS/MS选择多反应监测(MRM)正离子模式扫描测定。本方法最低检出浓度(LOQ)为1.0μg/kg(S/N=10);在2.0～100.0μg/L范围内阿维菌素的峰强度与质量浓度的线性关系良好(r=0.9994)。3个添加水平(1.0,10和100μg/kg)的平均回收率在79.2%～96.1%,相对标准偏差3.18%～9.14%。田间测定试验结果表明:阿维菌素在苹果中的原始沉积量为11.8～18.4μg/kg,在土壤中的原始沉积量为44.7～54.8μg/kg,代谢速率快,在苹果中的半衰期为2.35～3.84d,在土壤中的半衰期为4.58～6.45d。
关键词： 阿维菌素 液相色谱-串联质谱 苹果 土壤 残留 消解
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去乙酰化酶1基因对牛前体脂肪细胞凋亡影响的研究
《生物化学与生物物理进展 》 2010 SCI 北大核心 CSCD
摘要：去乙酰化酶1(sirtuin type1,SIRTl)是一个新的脂肪细胞调控因子,通过与其靶基因叉头转录因子1(the forkhead box O family1,FoxO1)相互作用,参与细胞增殖、分化、衰老、凋亡和代谢过程.利用吖啶橙(acridine orange,AO)染色、流式细胞仪、荧光定量PCR(quantitative real-timePCR,qPCR)等技术方法,研究SIRT1的抑制剂———烟酸胺(nicotinamide,NAM)处理后对鲁西黄牛皮下前体脂肪细胞(bovine subcutaneous preadipocytes,BSP)和肌内前体脂肪细胞(bovine intramuscular preadipocytes,BIP)凋亡的影响.观察了BSP和BIP的凋亡形态;比较了SIRT1基因抑制后,相关基因如FoxO1等在两种细胞之间的表达差异.结果表明,NAM对BSP和BIP细胞表现出相同的生长抑制作用,处理组的BSP和BIP细胞的凋亡率均显著高于对照组,其作用可能通过抑制SIRT1,激活FoxO1凋亡通路实现.SIRT1及其相关基因对BSP和BIP的调控存在不同途径.
关键词： 去乙酰化酶1(SIRT1) 烟酰胺 牛 前体脂肪细胞 凋亡
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吡蚜酮与牛血清白蛋白的相互作用
《高等学校化学学报 》 2009 SCI 北大核心 CSCD
摘要：利用紫外吸收、荧光、同步荧光光谱及圆二色谱研究了吡蚜酮与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.结果发现,吡蚜酮使BSA的紫外吸收峰强度降低,峰位红移;BSA的特征荧光峰猝灭,荧光猝灭常数KSV随着温度的升高而降低,表明吡蚜酮与BSA发生了较强的相互作用,且吡蚜酮对BSA的荧光猝灭机制属于静态猝灭.计算了不同温度下的结合常数和结合位点数;由van′tHoff方程计算出体系的ΔH和ΔS值,得出二者之间的作用力主要为氢键和范德华力;根据非辐射能量转移理论确定了给体-受体间的结合距离r=2.4 nm.采用同步荧光光谱和圆二色谱考察了吡蚜酮对牛血清白蛋白构象的影响.
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