基于高光谱图像的生菜叶片氮素含量预测模型研究

为了便于更经济合理地为作物施肥,建立一种无损检测作物氮营养元素的高光谱图像模型。本实验以生菜为研究对象,无土栽培各氮素水平的生菜叶样本,在莲座期,采集生菜叶片样本的高光谱图像(390~1050 nm),同时采用凯氏定氮法测定对应生菜叶片样本的全氮含量。通过ENVI软件提取出生菜叶片中感兴趣区域的平均光谱作为该样本原始光谱信息,分别使用平滑处理(Smoothing)、多元散射矫正(MSC)、标准正态变量变换结合去趋势(SNV detrending)、一阶导数法(First derivative)、二阶导数法(Second derivative)、正交信号矫正(OSC)等预处理方法对样本原始光谱进行处理,然后利用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression,PLSR)分别建立样本全波段光谱信息与氮含量的关系模型,研究各预处理方法对氮含量模型的影响,结果表明,使用OSC预处理的模型效果最好。为了简化模型,根据OSC预处理光谱后的模型的PLSR回归系数优选出敏感波长,利用训练集中样本的敏感波长光谱信息与氮含量数据重新构建PLSR回归模型,并利用测试集样本进行测试试验。结果表明,该模型得到校正集和预测集的决定系数(R2p)分别为0.89,0.81;均方根误差RMSEC,RMSEP分别为0.33,0.45。该回归模型大大降低了自变量个数,简化了模型,并且取得了较优的效果,这为生菜氮素含量预测提供了一种新的快速有效方法。     

基于高光谱成像的核桃仁品质检测与分类方法

采用光谱与图像相结合,实现了核桃仁蛋白质和脂肪含量预测及基于完整度和色泽的核桃仁外观品质分级。选用新疆"温185"核桃仁,采集了862.9～1704.02 nm和382.19～1026.66 nm范围高光谱图像。采用多元散射校正(MSE)和标准正态化(SNV)方法进行预处理后,通过竞争性自适应重加权采样算法与相关系数法,对核桃仁样品的蛋白质含量、脂肪含量、总色差3个参数进行了特征波段筛选。通过偏最小二乘回归(PLSR)算法建立了全光谱波段与特征光谱波段的蛋白质和脂肪含量预测模型,与全光谱波段相比,蛋白质含量特征波段预测模型的验证集决定系数(R²)由0.66增长到0.91,均方根误差(RMSEP)由1.37%下降到0.78%;脂肪含量特征波段预测模型的验证集R²由0.83增长到0.93, RMSEP由0.98%下降到0.47%。在外观品质方面,采用全光谱波段、RGB光谱波段、总色差特征光谱波段为输入,采用决策树、K近邻和支持向量机算法建立了核桃仁外观品质分类模型。通过对比发现,采用总色差特征波段建模,可大幅减低冗余信息的干扰,同时分类准确率也高...     

基于便携式高光谱成像的BOD实时检测研究

针对现有污水生化需氧量(BOD)测量中存在的问题,本文提出了一种基于高光谱成像技术的污水检测方法.该方法通过对指定水域进行实时高光谱成像,同时提供所检测区域水体图谱两方面的信息,配合相应的识别方法,即可以实现对污水BOD的定性、定量和定位分析,且检测方法快速简洁,为BOD的实时检测提供了一种新的途径.     

基于高光谱成像技术的不同时期番茄植株的快速无损判别研究

利用近红外高光谱成像技术对不同浓度盐胁迫下的番茄叶片进行了定性判别。采集192个叶片样本的平均光谱反射率数据,并对原始光谱数据分别进行多元散射校正（MSC）、标准正态化（SNV）、正交信号校正（OSC）、相关优化偏移（COW）4种预处理,建立了偏最小二乘回归（PLSR）模型。建模结果显示：OSC预处理光谱的建模效果最优。分别采用间隔变量迭代空间收缩法（iVISSA）、间隔随机蛙跳法（IRF）、遗传偏最小二乘算法（GAPLS）、竞争性自适应加权算法（CARS）、变量组合集群分析（VCPA）等方法提取特征波长,建立PLSR模型。结果表明：VCPA提取特征波长所建立的模型最优。将VCPA法提取的11个特征波长（945、975、990、1 002、1 005、1 067、1 204、1 326、1 595、1 642、1 660 nm）用于建立番茄叶片定性判别预测模型,最优预测模型的决定系数（R2P）与预测均方根误差（RMSEP）分别为0.917、0.456。该研究为在线监测植物长势提供了技术支撑。     

拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展

综述了拉曼光谱和红外光谱无损分析技术在医学、药物、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域的最新进展。     

基于高光谱的马铃薯微型种薯分类检测

采用高光谱分析技术结合模式识别,建立了8种马铃薯微型种薯(大西洋、荷兰-14、荷兰十五041、荷兰十五Q8、冀张薯12号、冀张薯8号、兴佳2号和Y2)的分类检测方法。采集276个种薯样本,对860～1 700 nm的原始光谱进行标准化、11点Savitzky-Golay平滑和4点差分一阶导数光谱预处理,将预处理后的光谱数据进行主成分分析,发现前3个主成分的累积贡献率为95.12%,包含了原始光谱的大部分信息,可作为分类变量。再分别使用线性判别分析、BP神经网络和支持向量机进行分类建模。最终通过分层、分步骤建立了8种马铃薯微型种薯的分类模型。首先采用线性判别分析模型区分大西洋、荷兰-14、荷兰十五041和其它品种,平均正确识别率达88.79%。再建立BP神经网络模型将其它品种样本区分为两类,一类为冀张薯8号和Y2,另一类为荷兰十五Q8、冀张薯12号和兴佳2号,平均正确识别率达93.24%。最后以BP神经网络模型区分冀张薯8号和Y2,平均正确识别率为77.78%;以支持向量机分类模型区分荷兰十五Q8、冀张薯12号和兴佳2号,平均正确识别率为87.23%。该研究建立的8种马铃薯种薯分步骤、分...     

ICA方法与NIR技术用于药片中活性成分含量的测定

用独立分量分析(ICA)方法提取药片近红外光谱数据矩阵的独立成分和相应的混合矩阵, 再用BP神经网络对混合矩阵和药片中活性成分的浓度矩阵进行建模, 提出了新的药片活性成分含量测定的基于独立分量分析-神经网络回归(ICA-NNR)的近红外光谱分析方法. 通过分析独立分量数和网络中间隐层的神经元数对模型性能的影响, 分别建立三类药片定量分析的最优模型. 该方法用于实测的三类药片中活性成分含量的测定, 测试样品集的化学检测值与近红外预测值的相关系数分别达到0.962, 0.980及0.979. 结果表明, 基于ICA-NNR的近红外光谱分析方法对制药业的药片进行定量分析是可行的.     

面向高保真再现的多光谱图像融合技术

面向高保真再现(高保真显示和高保真印刷)的多光谱图像融合是多光谱颜色再现的关键技术和核心环节.论文结合人类视觉系统的构成与特性,采用基于多分辨率分析理论的图像融合方法,并嵌入基于图像色貌模型的色彩转换方法,提出了面向高保真再现的多光谱图像融合方法,其核心为基于人类视觉系统的小波图像融合方法,并设计了融合框架、融合算法和融合效果评价指标.最后通过高分辨率图像与多光谱图像的融合试验,并通过融合指标的分析计算验证了此技术方法的有效性,它为颜色视觉的阶段理论学说提供了新的理论解释.     

红外光声光谱技术应用于复合膜的原位剖面分析

土壤颗粒在微观尺度上具有明显的异质性,表现为土壤有机质与矿物质的双层复合物结构。本研究以人工制备的复合膜样本为材料,采用红外光声光谱技术和独立成分分析对复合膜样本层进行原位剖面分析。复合膜样本由PE保鲜膜和办公胶带制备,红外光声光谱仪动静速率分别为0.16,0.32和0.64 cm/s。结果表明,通过改变光谱仪动静速率可以原位获取复合膜样本不同深度的组成信息,并估测出PE膜的厚度为5.4~7.6μm,与实际厚度(7±1)μm相接近;同时利用独立成分分析可以直接从复合膜样品的红外光声光谱中,同时分离出PE保鲜膜和胶带的光声光谱特征。红外光声光谱技术可对复合膜进行剖面分析,为进一步研究异质性土壤样本,特别是有机矿质复合体样本提供了新的分析手段。     

基于高光谱技术的培养基上细菌菌落分类方法研究

利用高光谱技术对培养基上细菌(大肠杆菌、李斯特菌和金黄色葡萄球菌)菌落进行快速识别和分类。采集琼脂培养基上细菌菌落的高光谱反射图像(390~1040 nm),在对波段差图像进行大津阈值分割的基础上自动提取细菌菌落光谱,并建立细菌分类检测的全波长和简化偏最小二乘判别( PLS-DA)模型。全波长模型对预测集样本的分类准确率和置信预测分类准确率分别为100%和95.9%。此外,利用竞争性自适应重加权算法( CARS)、遗传算法( GA)和最小角回归算法( LARS-Lasso)进行波长优选并建立对应简化模型。其中,CARS简化模型在精度、稳定性及分类准确率方面均优于GA和LARS-Lasso简化模型,其对预测集样本的分类准确率和置信预测分类准确率分别达到了100%和98.0%。研究表明,高光谱是一种细菌菌落高精度、快速、无损识别检测的有效方法。简化模型中优选的波长可以为开发低成本检测仪器提供理论依据。     

分光光度法快速测定玉米叶片中的叶绿素

以玉米叶片为材料,利用双波长双光束紫外可见分光光度计,用最大决定系数增量回归算法,研究了叶片叶绿素a、b及SPAD值同时、快速测量方法.结果表明,用3个波长点建立的模型可以达到良好的预测效果,预测叶绿素a、b及SPAD值的相关系数分别为0.9919、0.9816和0.9757;标准差分别为1.52、0.43和1.96;预测相对标准差分别为4.64%、5.50%和4.88%.同时研究了仪器波长误差和带宽变化对测定结果的影响, 发现波长偏移超过0.2 nm,误差快速增大,且波长向长波方向偏移时对测量的影响要大于向短波方向偏移的影响;仪器带宽变大,预测误差也就越大.     

Kinetic Study on Chlorophyll and Antioxidant Activity from Polyscias fruticosa (L.) Harms Leaves via Microwave-Assisted Extraction

Polyscias fruticosa (L.) leaves contain significant bioactive compounds with high antioxidant activity such as chlorophylls, total polyphenols, etc. but these have still been underutilized. In this study, the kinetics of chlorophyll and antioxidant activity extraction from P. fruticosa leaves by microwave-assisted extraction (MAE) were investigated. Microwave power was 300, 450, or 600 (W); the ratio of material/solvent varied from 1:40 to 1:80 (g/mL). In this study, the second-order kinetic model successfully predicted the change of chlorophyll and antioxidant activity during MAE. The increase of microwave power or/and the solvent amount increased saturated extraction efficiency and the extraction rate constant. However, the saturated concentration of chlorophyll and antioxidant activity increased with the increment of microwave power and the decrease in solvent amount.     

蔬菜叶片中叶绿素a和叶绿素b的一阶导数分光光度法测定

本文提出用一阶异数分光光度法同时测定蔬菜叶片中叶绿素ａ和叶绿素ｂ的含量。讨论了同时存在于蔬菜叶片中的类胡萝卜素对两者测定的影响，并提出用适当浓度的类胡萝卜素丙酮溶液作为参比溶液，用以消除类胡萝卜素对叶绿素测定的影响。     

用化学计量法—分光光度法测定活体叶片中叶绿素a,b的含量

本文研究了用逐步回归分析法、主成分回归法、偏最小二乘法与人工神经网络法测定活体叶片中叶绿素a、b的含量。活体叶片的光谱由PC微机采集,测定叶绿素a与b的相关系数分别达到0.927～0.958与0.873～0.908;相对标准偏差约5％～9％(叶绿素a 9.4μg/2ml,n=20)。本方法可用于农业研究。     

苦荞叶片中芸香甙的薄层色谱定量研究

根据芸香甙的理化性质，建立了一种测定植物样品中芸香甙含量的薄层紫外扫描法，采用硅胶ＧＦ２５４薄层板，样品经甲醇提取浓缩后点样，展开剂为乙酸乙酯－甲酸－水（８＋１＋１）。用薄层色谱扫描仪在波长３５５ｎｍ处测定芸香甙的吸收强度并直接定量。该法操作简便，灵敏度高，定量准确，结果稳定，应用于苦荞叶片中芸香甙含量测定，得到良好结果，线性范围为０～２．０μｇ／μＬ，斑点的最低检出限为５．０ｎｇ，回收率１０２％     

Chlorophyll Catabolites in Fall Leaves of the Wych Elm Tree Present a Novel Glycosylation Motif

Fall leaves of the common wych elm tree (Ulmus glabra) were studied with respect to chlorophyll catabolites. Over a dozen colorless, non‐fluorescent chlorophyll catabolites (NCCs) and several yellow chlorophyll catabolites (YCCs) were identified tentatively. Three NCC fractions were isolated and their structures were characterized by spectroscopic means. Two of these, Ug‐NCC‐27 and Ug‐NCC‐43, carried a glucopyranosyl appendage. Ug‐NCC‐53, the least polar of these NCCs, was identified as the formal product of an intramolecular esterification of the propionate and primary glucopyranosyl hydroxyl groups of Ug‐NCC‐43. Thus, the glucopyranose moiety and three of the pyrrole units of Ug‐NCC‐53 span a 20‐membered ring, installing a bicyclo[17.3.1]glycoside moiety. This structural motif is unprecedented in heterocyclic natural products, according to a thorough literature search. The remarkable, three‐dimensional bicyclo[17.3.1]glycoside architecture reduces the flexibility of the linear tetrapyrrole. This feature of Ug‐NCC‐53 is intriguing, considering the diverse biological effects of known bicyclo[n.3.1]glycosidic natural products.     

Chlorophyll Breakdown in Senescent Banana Leaves: Catabolism Reprogrammed for Biosynthesis of Persistent Blue Fluorescent Tetrapyrroles

Chlorophyll breakdown is a visual phenomenon of leaf senescence and fruit ripening. It leads to the formation of colorless chlorophyll catabolites, a group of (chlorophyll‐derived bilin‐type) linear tetrapyrroles. Here, analysis and structure elucidation of the chlorophyll breakdown products in leaves of banana (Musa acuminata) is reported. In senescent leaves of this monocot all chlorophyll catabolites identified were hypermodified fluorescent chlorophyll catabolites (hmFCCs). Surprisingly, nonfluorescent chlorophyll catabolites (NCCs) were not found, the often abundant and apparently typical final chlorophyll breakdown products in senescent leaves. As a rule, FCCs exist only fleetingly, and they isomerize rapidly to NCCs in the senescent plant cell. Amazingly, in the leaves of banana plants, persistent hmFCCs were identified that accounted for about 80 % of the chlorophyll broken down, and yellow leaves of M. acuminata display a strong blue luminescence. The structures of eight hmFCCs from banana leaves were analyzed by spectroscopic means. The massive accumulation of the hmFCCs in banana leaves, and their functional group characteristics, indicate a chlorophyll breakdown path, the downstream transformations of which are entirely reprogrammed towards the generation of persistent and blue fluorescent FCCs. As expressed earlier in related studies, the present findings call for attention, as to still elusive biological roles of these linear tetrapyrroles.     

桑叶中微量元素的测定分析

为探讨中药桑叶中微量元素与其药理作用的关系,采用原子吸收分光光度法测定了桑叶中10种元素的含量。结果表明,桑叶中含有丰富的人体必需的微量元素。提示微量元素的存在与桑叶临床治疗和保健作用有一定的相关性,具有较高的开发利用价值。     

Hydroxymethylated Dioxobilins in Senescent Arabidopsis thaliana Leaves: Sign of a Puzzling Biosynthetic Intermezzo of Chlorophyll Breakdown

1‐Formyl‐19‐oxobilin‐type tetrapyrroles are characteristic, abundant products of chlorophyll breakdown in senescent leaves. However, in some leaves, 1,19‐dioxobilin‐type chlorophyll catabolites (DCCs) lacking the formyl group accumulate instead. A P450 enzyme was identified in in vitro studies that removed the formyl group of a primary fluorescent chlorophyll catabolite (pFCC) and generated fluorescent DCCs. These DCCs are precursors of isomeric nonfluorescent DCCs (NDCCs). Here, we report a structural investigation of the NDCCs in senescent leaves of wild‐type Arabidopsis thaliana. Four new NDCCs were characterized, two of which carried a stereoselectively added hydroxymethyl group. Such formal DCC hydroxymethylations were previously found in DCCs in leaves of a mutant of A. thaliana. They are now indicated to be a feature of chlorophyll breakdown in A. thaliana, associated with the specific in vivo deformylation of pFCC en route to NDCCs.