科研产出
基于分数阶微分和无人机高光谱指数优选的油菜产量预测
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：准确、及时地预测油菜产量对保障国家粮油安全具有重要意义。无人机高光谱技术通过获取油菜大量连续窄波段信息，能够精确表征其生理和生化特征，为预测油菜产量提供更精准的数据支持。该研究通过无人机平台获取油菜花期高光谱影像，基于分数阶微分（fractional-order differentiation,FOD）和优选的多维光谱指数，构建油菜产量预测模型，评估优选光谱指数在油菜产量预测中的有效性。首先，对油菜冠层的高光谱数据进行分数阶微分处理，并基于不同阶数的处理结果计算二维（two-dimensional,2D）和三维（three-dimensional,3D）光谱指数；其次，通过对各光谱指数与实际产量数据进行相关性分析，筛选出对产量预测敏感的光谱指数；最后，利用支持向量回归算法，构建基于分数阶微分光谱指数的油菜产量预测模型，并评估不同分数阶微分光谱指数组合对产量预测精度的影响。结果表明，FOD处理突出了细微的光谱特征，有效挖掘了潜在有效的油菜光谱信息。该研究构建的3种3D光谱指数与产量的相关系数均超过0.77，显著高于2D光谱指数。基于FOD的2D光谱指数的最高相关性出现在1.8阶，相关系数为0.868。3D光谱指数的最高相关性出现在1.6阶，相关系数为0.887。基于3D光谱指数构建的产量预测模型精度表现优于2D光谱指数。3D指数R2集中在0.880～0.897,2D指数R2集中在0.624～0.896之间。基于分数阶微分和光谱指数优选方法构建的油菜产量预测模型为油菜产量预测提供了参考。
关键词： 油菜 产量 高光谱影像 分数阶微分 无人机 光谱指数
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微波预处理对水酶法提取花生油和花生蛋白得率的影响
《中国食品学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：水酶法是一种绿色、可持续的提取方法。然而，致密的细胞壁严重阻碍了酶的可及性，限制了水酶法的效率和应用。本研究采用微波辅助水酶法降解花生细胞壁，以提高花生油和花生蛋白的得率。试验条件为：微波功率700 W，微波时间分别为0,2,4,6,8 min，细胞壁降解酶为纤维素酶或果胶酶。结果表明，微波预处理可以破坏花生细胞结构，增加花生细胞壁的孔隙，加快酶解效率，促进油脂和蛋白质的提取。与微波0 min的花生粉相比，微波4 min的花生粉具有膨胀变形的细胞结构和破裂的细胞壁；平均孔径、孔体积和比表面积分别增加17.7%,159.2%,121.3%；纤维素酶和果胶酶对花生细胞壁多糖组分（纤维素、半纤维素和果胶）的酶解率显著提高了9.2%～60.1%(P<0.05)；花生油得率（>87.5%）和蛋白质得率（>74.2%）更高。综上所述，微波诱导的多孔细胞壁可以显著提高酶的可及性，加快酶解效率，促进油脂和蛋白质的提取。
关键词： 细胞壁表征 细胞壁多糖 酶的可及性 微波 水酶提取
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基于PLUS-InVEST-GeoDetector模型的黄河中游碳储量时空变化及驱动因素
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：“双碳”战略背景下，研究黄河中游碳储量的时空变化特征及其驱动因素，对实现区域生态保护与可持续发展具有重要意义.基于5 a间隔选取黄河中游2000～2020年5期土地利用数据，耦合PLUS-InVEST-GeoDetector模型估算并分析碳储量的时空演变特征，并探讨影响碳储量时空分异的驱动因素，最后在自然发展、生态保护、经济发展和耕地保护这4种发展情景下对2030年黄河中游碳储量进行预测.结果表明：(1)2000～2020年黄河中游碳储量呈持续增长趋势，增长了5.75×10～7 t，空间分布演化较为平稳，呈现“东南高于西北”的空间分布特征.(2)2000～2020年，NDVI是黄河中游碳储量时空分异的主要驱动因子，各驱动因子交互探测均呈现双因子增强和非线性增强作用.(3)2020～2030年黄河中游4种情景的碳储量较2020年均呈增加趋势，其中生态保护情景碳储量增加最多，为3.93×10～7 t，经济发展情景碳储量增加最少，为4.8×10～6 t.研究结果将为黄河中游的长期发展和生态环境管理提供一定的数据支撑.
关键词： 碳储量 InVEST模型 PLUS模型 土地利用 黄河中游 地理探测器
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大豆中主要功能成分和抗营养因子的分布特征
《中国食品学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究大豆中主要功能成分（6种异黄酮单体、4种皂苷单体）和抗营养因子（3种低聚糖单体、胰蛋白酶抑制剂、凝集素）的分布特征，对全国9个大豆主产区的62个样品进行分析。结果表明：总异黄酮含量为0.03～2.26 mg/g，以3种糖苷型异黄酮（大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷）为主，合计所占总异黄酮含量的65.5%～99.4%。总皂苷含量为0.03～0.44 mg/g，以A族皂苷（Aa、Ab）含量较高，合计所占总皂苷的40%～100%。总低聚糖含量为4.40～39.3 mg/g，以蔗糖为主，占总低聚糖的46%～78.8%。胰蛋白酶抑制剂含量为10.2～53.8 IU/mg，凝集素含量为5.07～8.65 mg/g。各品质指标变异系数较大（除凝集素外），达41.9%～81.5%，具有较高的育种潜力。不同大豆品种分析结果显示，地方大豆品种中主要功能成分含量均高于育成品种，抗营养因子含量均低于育成品种，具有更优异的功能价值。同一品种、不同县（市、区）大豆中异黄酮、皂苷、低聚糖、胰蛋白酶抑制剂含量差异较大，达0.24～13倍。评价指标之间存在不同程度的相关性，大豆苷含量与染料木苷含量（r=0.95）、黄豆黄素含量与染料木素含量（r=0.94）呈极显著正相关关系（P<0.01）,Ab含量与Ba含量（r=0.62）、Bb含量（r=0.57）呈极显著正相关关系（P<0.01），蔗糖含量与水苏糖含量呈极显著正相关关系（r=0.86,P<0.01），皂苷组分含量与总低聚糖组分含量间呈极显著正相关关系（P<0.01）。评价指标与气象因子间相关表明，海拔高度、累计降水量、累计日照时数与异黄酮含量、皂苷含量、低聚糖含量呈显著的弱相关性（P<0.05）。研究结果为我国优质大豆育种、种植、加工、消费提供数据支撑。
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中华拉面制作过程中面团的流变特性及其蛋白质变化
《中国食品学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：中华拉面作为中华民族的传统食品，其制作过程有特殊的工艺要求。拉面制作过程面团的流变学特性变化，面团流变学特性变化与蛋白质的作用关系，特别是拉面剂对拉面制作过程蛋白质组分及结构的影响，还有待进一步探讨。以2款拉面专用粉为原料，依据拉面制作流程，分别在第1次加入拉面剂和好的面团、第2次醒面成面剂子后的面团取样，采用拉伸仪检测面棒在标准和延长醒面时间条件下的拉伸参数。结合已有蛋白质组分和结构研究结果，表征拉面剂对面团流变学特性的影响，讨论对应取样点的蛋白组分和结构变化。结果表明，拉面剂可显著增加面团的吸水率，降低稳定时间和粉质量指数，增大弱化度。拉面剂可增加面团的延展性，显著降低拉伸阻力，降低拉伸能量。当延长醒面时间后，面团延展性有所增加，而拉伸阻力显著下降，导致拉伸能量下降。二次加入拉面剂后，随着醒面时间的延长，延展性先增加后降低，拉伸阻力和拉伸能量有增大的趋势。面粉品种、醒面时间（≤45 min）对拉伸参数有互作效应，导致2种面粉的流变学特性变化幅度有所差异。拉面剂能增加面团的吸水率，使蛋白质之间半胱氨酸残基的二硫键（共价键）还原，减少面筋的内聚力。加之水活面筋氢键（非共价键）的滑动作用，使面团快速软化，便于出条和拉伸。
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农田玉米秸秆覆盖类型的光学和微波遥感识别潜力分析
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：农田秸秆覆盖是保护性耕作的重要措施,有助于推动农业可持续发展.不同的秸秆覆盖类型往往体现出差异化的农田管理方式,具有重要的农业意义.尽管遥感技术已广泛应用于秸秆覆盖监测,目前在秸秆覆盖类型分类体系的构建方面仍属空白,光学与微波遥感影像在不同秸秆覆盖类型识别中的能力也缺乏系统评估.针对上述问题,该研究选取吉林省四平市梨树县作为研究区,利用Sentinel-1 微波影像和Sentinel-2光学影像,设计了 3种分类体系,并基于这些体系构建分类场景,系统评估光学与微波遥感影像在不同玉米秸秆覆盖类型识别中的潜力.构建了 3种秸秆覆盖识别的分类体系:留茬覆盖+根茬堆叠覆盖+根茬无覆盖、秸秆覆盖+秸秆无覆盖、留茬+非留茬;通过组合 3种分类体系与 13种光学和微波特征组合构建了 39个分类场景;对比并分析 3个分类体系下样本的直方图分布、Jeffries-Matusita(JM)距离以及 39个分类场景的分类精度.结果表明,Sentinel-2数据的JM距离均>1,识别以上 3个分类体系的最高总体精度分别为 76.00%、81.00%以及 95.00%,Kappa系数分别为 0.64、0.62以及 0.90,F1分数分别为 75.94%、80.95%以及95.00%,可以较好识别秸秆覆盖.根据JM距离和总体精度的大小,Sentinel-2识别能力由大到小分别为留茬+非留茬、秸秆覆盖+秸秆无覆盖以及留茬覆盖+根茬堆叠覆盖+根茬无覆盖.而Sentinel-1数据的JM距离均<1,识别 3个分类体系的最高总体精度仅为 42.00%、64.00%以及 63.00%,Kappa系数仅为 0.13、0.28以及 0.26,F1分数仅为 41.25%、63.87%以及 62.82%,秸秆覆盖识别精度总体偏低.此外,Sentinel-1作为Sentnel-2的辅助数据也未能提高 3个分类体系的可分性和精度.综上,Sentinel-2影像在耕作方式未知下仍能有效识别潜在保护性耕作区域.研究结果为识别保护性耕作区域提供了技术支撑,也为相关政策的制定与推广提供科学依据.
关键词： Sentinel-1 Sentinel-2 秸秆覆盖 遥感识别 潜力分析
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不同施氮水平下调亏灌溉对冬小麦叶片光合与水氮利用效率的影响
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究冬小麦在不同施氮水平下的调亏灌溉效应，于2021—2022年在黄淮海平原的河南省新乡县开展大田试验，设置3个施氮水平：N1（120 kg/hm2）、N2（240 kg/hm2）和N3（360 kg/hm2）,在拔节-抽穗期设置3个调亏水平：中度调亏（灌水量18 mm, M）、轻度调亏（灌水量24 mm, L）和对照（灌水量30 mm, CK）。结果表明：冬小麦旗叶净光合速率（P_n）受到调亏和施氮水平的显著影响，复水后各处理P_n均表现出不同程度的补偿增长效应，补偿效应随施氮量增加而增强，N3M、N3L处理表现出超级补偿效应，与复水前相比分别增长42.5%和32.4%。花期地上部干物质量、成熟期地上部营养器官干物质量均随施氮量增加而增大，成熟期地上部营养器官干物质量随灌水量增加而增大。而轻度调亏能够促进花期地上部干物质积累和干物质向籽粒方向转移，促进植株氮素、穗氮素积累，进而提高冬小麦产量、水分利用效率（WUE）和氮肥偏生产力（NPFP）;运用Mintab 15.1软件建立冬小麦产量、WUE、NPFP与施氮量、灌水量的二次回归方程，计算得出当施氮量为214.6 kg/hm2、灌水量为166.6 mm时，冬小麦产量为10 973.1 kg/hm2,WUE为2.7 kg/m3,NPFP为52 kg/kg,复合合意性最高为0.7,综合效益符合预期目标。因此，施氮量214.6 kg/hm2结合拔节-抽穗期进行轻度水分调亏，能使冬小麦保持较高产量和水氮利用效率，可作为该地区适宜的冬小麦调亏灌溉模式。
关键词： 冬小麦 调亏灌溉 复水 净光合速率 补偿效应 水氮利用效率
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不同前处理技术对超高温杀菌牦牛乳热稳定性提升作用
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：以生牦牛乳为原料，对蛋白进行标准化，通过添加乳化盐、电渗析和树脂吸附等前处理技术，对超高温杀菌牦牛乳稳定性提升效果进行研究。通过测定乙醇稳定性、蛋白沉淀率、乳清蛋白变性率、动力学稳定性指数（turbidity stability index,TSI）以及进行傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）和电感耦合等离子体质谱分析，对不同前处理对牦牛乳热稳定性的影响规律进行探究。结果表明，3种前处理手段均能够显著提升超高温杀菌牦牛乳热稳定性。与标准化对照组相比，经树脂前处理的样品乳清蛋白变性率降低92.02%，可溶性钙的含量降低3.94%，蛋白沉淀率降低11.71%，平均TSI为2.94；经过电渗析前处理的样品乳清蛋白变性率降低90.15%，可溶性钙含量降低13.93%，蛋白沉淀率降低20.40%，平均TSI为1.33；经过乳化盐处理的样品乳清蛋白变性率降低84.69%，蛋白沉淀率增加18.39%。ζ-电位分析表明树脂处理组样品的电位绝对值最大，为22.83 mV，电渗析组电位绝对值仅次于树脂组，为19.57 mV，表明电渗析前处理也提高了超高温杀菌牦牛乳的热稳定性。FTIR表明，树脂与电渗析处理组样品超高温处理后，增加了α-螺旋结构的相对含量，降低了β-折叠的相对含量。综上所述，本研究明确了通过调整牦牛乳盐类平衡可提高其超高温稳定性，对液态常温牦牛乳加工具有指导意义。
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通过引入逆转录酶Tf1结合高温处理建立新型水稻引导编辑系统
《科学通报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：逆转录酶作为引导编辑(prime editing, PE)系统不可或缺的效应蛋白组分,其性能对于PE效率至关重要.目前,植物PE系统可用高活力逆转录酶资源相对匮乏,主要集中在逆转录酶莫洛尼氏鼠白血病病毒(moloney murine leukemia virus, M-MLV)的优化与利用上.因此,挖掘适用于植物的新型逆转录酶对于推动PE系统进化具有重要意义.本研究在植物高效ePE2系统基础上,一方面引入了从酵母中挖掘的逆转录酶Tf1(Schizosaccharomyces pombe Tf1 retrotransposon),替换原有的M-MLV(6c策略),另一方面整合了在哺乳动物细胞中表现优异的nCas9(Cas9 nickase)变体(K775R和K918A)(6e策略),构建了新型植物PE系统—ePE2-6ce.研究选取了OsCDC48、OsALS和OsROC5三个不同的编辑位点,评估了ePE2-6ce系统在抗性愈伤组织和T0植株中的精准编辑效率.结果显示,在抗性愈伤组织中, OsCDC48、OsALS和OsROC5三个位点的编辑效率分别为6.82%、34.55%和23.72%.在T0植株中,这3个位点的编辑效率分别为22.00%、56.52%和58.00%,以上结果表明ePE2-6ce系统在精准编辑方面的高效性与可靠性.进一步地,通过将ePE2-6ce系统与适当的高温处理结合,构建了ePE2-6ce-H系统,并测试了OsROC5位点的精准编辑效率.结果显示,在抗性愈伤组织和T0植株中,与ePE2-6ce系统相比, ePE2-6ce-H系统的精准编辑效率分别提升了1.97倍和1.12倍,表明适当高温处理可进一步提高ePE2-6ce系统的编辑效率.综上所述,本研究成功将新型逆转录酶Tf1应用于水稻精准编辑,为未来植物PE系统中逆转录酶优化与应用提供了基础.
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基因编辑创制玉米温敏型不育系及其杂交制种应用评估
《科学通报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：如何提高作物杂交种的生产效率是现代农业科技的重要目标之一.目前,玉米杂交制种主要采用母本物理去雄或胞质型不育系等方法,制种质量控制难,效率低且成本高昂.细胞核基因不育系因其易于建立恢保关系而具有显著优势,光温敏感型核不育基因已在水稻杂交种产业中实现大规模应用,但在玉米种业上仍是尚未攻克的难题,限制了杂交种生产的效率.本研究采用CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向编辑玉米ZmTms5基因,创制了11种该基因功能丧失型突变体.表型鉴定结果表明,突变体在四分体至花粉成熟期日平均气温(day average temperatures, DAT)达28℃的高温条件下,表现为雄性不育;而在DAT不高于25℃的低温条件下,花粉发育正常,表现为雄性可育.在全国玉米主要生态区域的14个试验地点进行的表型鉴定试验进一步证实了这一发现,并明确了适宜繁亲和繁杂的区域.本研究不仅提供了一种基于基因编辑的玉米温敏型核不育系创制技术策略,而且为该类种质的杂交制种应用明确了产业化技术布局区域.为提高杂交种制种效率和降低成本提供了新的解决方案,具有重要的理论研究和产业应用价值.此外,本研究也为其他作物的温敏不育系创制提供了参考.
关键词： 玉米 杂交制种 基因编辑 ZmTms5 温敏雄性不育
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