A Multifunctional N-Doped Cu–MOFs (N–Cu–MOF) Nanomaterial-Driven Electrochemical Aptasensor for Sensitive Detection of Deoxynivalenol

Deoxynivalenol (DON) is one of the most common mycotoxins in grains, causing gastrointestinal inflammation, neurotoxicity, hepatotoxicity and embryotoxicity, even at a low quantity. In this study, a facile electrochemical aptasensor was established for the rapid and sensitive determination of DON based on a multifunctional N-doped Cu-metallic organic framework (N–Cu–MOF) nanomaterial. The N–Cu–MOF, with a large specific surface area and good electrical conductivity, served not only as an optimal electrical signal probe but also as an effective supporting substrate for stabilizing aptamers through the interactions of amino (-NH₂) and copper. Under the optimal conditions, the proposed sensor provided a wide linear concentration range of 0.02–20 ng mL⁻¹ (R² = 0.994), showing high sensitivity, with a lower detection limit of 0.008 ng mL⁻¹, and good selectivity. The sensor’s effectiveness was also verified in real spiked wheat samples with satisfactory recoveries of 95.6–105.9%. The current work provides a flexible approach for the rapid and sensitive analysis of highly toxic DON in food samples and may also be easily extended to detect other hazardous substances with alternative target-recognition aptamers.     

Kinetic characterization of extracellular α-amylase from a derepressed mutant ofBacillus licheniformis

Three strains ofBacillus licheniformis were isolated and screened for α-amylase production by solid-state fermentation. Of these, IS-2 gave relatively higher enzyme production (32±2.3 U/[g·min]) and was selected for improvement after treatment withN-methylN-nitroN-nitroso guanidine (NG) or nitrous acid (NA) to enhance its hydrolytic potential. Among the mutant variants, NA-14 gave higher enzyme production (98±1.6 U/[g·min]), and hence, was selected for kinetic and thermal characterization. M1 as a moistening agent (pH 7.0, optimized) supported 2.65-fold improved amylolytic activity by the derepressed mutant 72 h after inoculation. The values of product yield coefficient (Y _p/x=1833.3 U/g) and specific rate constant (q _p=25.46 U/[g·h]) with starch were severalfold improved over those from other carbon sources and the other cultures. The purified enzyme from NA-14 was most active at 40°C; however, the activity remained almost constant up to 44°C. The NA-induced random mutagenesis substantially improved the enthalpy (ΔH _D=94.5±11 kJ/mol) and entropy of activation (ΔS=−284±22 J/[mol·K]) for α-amylase activity and substrate binding for starch hydrolysis. The results of this study (117.8±5.5 U/[g·min]) revealed a concomitant improvement in the endogenous metabolism of the mutant culture for α-amylase production.     

基于可见光谱与轻量级卷积神经网络的冬小麦分蘖数估算

分蘖数是表征冬小麦生长的关键性参数,对于冬小麦苗情监测、产量预估具有重要意义。针对目前冬小麦分蘖数估算方法存在的数据获取繁复和估算模型体量大的问题,提出一种基于可见光图像和轻量级卷积神经网络的冬小麦分蘖数估算方法,以期实现冬小麦分蘖数无损快速估算,并且可嵌入移动终端设备。可见光图像具有获取便捷,处理简单的特点,利用数码相机连续采集2017年—2018年和2018年—2019年两个生长季的冬小麦冠层可见光图像。利用该数据图像,分别构建基于轻量级卷积神经网络MobileNetV2,SqueezeNett,ShuffleNet的冬小麦分蘖数估算模型进行比较试验,并与基于非轻量级卷积神经网络AlexNet和ResNet系列构建的估算模型进行对比试验。开展冬小麦分蘖数估算模型针对不同植株密度数据的鲁棒性以及针对不同生长季数据的泛化能力的验证试验。结果表明,基于MobileNetV2构建的冬小麦分蘖数估算模型的决定系数（R2）为0.7,归一化均方根误差（NRMSE）为0.2,在三个轻量级卷积神经网络中具有最优表现;基于非轻量级卷积神经网络构建的冬小麦分蘖数估算模型体积是基于MobileNetV2构建的冬小麦分蘖数估算模型的2.3~16.1倍。与非轻量级卷积神经网络相比较,基于MobileNetV2构建的估算模型在具有较好R2的同时有较小的体量,适宜嵌入移动终端设备;针对120,270和420 株·m-2三个不同植株密度的可见光图像数据集,基于MobileNetV2构建的冬小麦分蘖数估算模型的R2分别为0.8,0.8和0.7,表现鲁棒;针对两个生长季的可见光图像,基于MobileNetV2构建的冬小麦分蘖数估算模型通过迁移学习将R2提升了2倍,NRMSE下降了7.6%,表现出对数据季节性差异较好的适应性,体现了模型的泛化能力。利用可见光图像,基于MobileNetV2构建的估算模型能够满足冬小麦分蘖数估算需求,为冬小麦生长观测以及田间农艺措施管理决策提供了一个准确、鲁棒、可嵌入移动终端设备的工具。     

应用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱法建立谷物中18种真菌毒素非靶向筛查数据库及确证方法

建立了基于超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)的18种真菌毒素非靶向筛查方法。真菌毒素标准物质用HSS T3色谱柱进行色谱分离后在UPLC-Q-TOF/MS MS^E模式下分别用正、负离子模式采集,获取MS和MS/MS的信息,记录对应保留时间、加合物离子、碎片离子精确质量数等信息,设置保留时间偏移为0.3 min,加合物离子和碎片离子的精确质量匹配容差为5×10^-6,在UNIFI中建立18种真菌毒素的数据库。在稻谷、小麦基质中,以筛查检出限(SDL)作为主要参数对筛查方法进行了验证。18种真菌毒素分为有最大限量和无最大限量两种类型,结果有最大限量的真菌毒素均能在其限量水平被准确筛查,无最大限量的真菌毒素其SDL的范围为2～800μg/kg。基质效应考察表明,稻谷中有14种真菌毒素有中等基质效应,小麦中有11种真菌毒素有中等基质效应。样品经乙腈提取后用QuEChERS萃取盐包和HLB净化柱净化,用建立的方法对25批稻谷、小麦进行筛查,结果2批稻谷中检出4种真菌毒素,2批小麦中检出2种真菌毒素。该方法能准确筛查SDL水...     

高性能CdTe/CdS核壳型量子点的制备及应用于小麦面粉中呕吐毒素的荧光免疫检测研究

量子点荧光免疫法的广泛应用迫切需要提高量子点的发光强度和抗体的稳定性. 分别采用巯基乙酸和谷胱甘肽作稳定剂, 水相合成CdTe量子点, 再包覆CdS制备核壳型CdTe/CdS量子点. 以EDC/NHS作交联剂将CdTe/CdS量子点标记到呕吐毒素抗体上, 然后用牛血清蛋白封闭抗体. 研究发现, 谷胱甘肽稳定剂优于巯基乙酸. 与CdTe量子点相比, 谷胱甘肽修饰的CdTe/CdS量子点其荧光的强度和稳定性分别提高6倍和2倍以上. 谷胱甘肽碳链较长, 减少了量子点对抗体尤其是活性位点处的空间构型影响, 从而大大提高抗体的稳定性. 监测不同储藏时间(4 ℃)的CdTe/CdS量子点-抗体偶联复合物与呕吐毒素免疫反应前后荧光强度变化值, 结果显示抗体至少可以稳定7 d. 基于谷胱甘肽稳定的高性能CdTe/CdS量子点, 我们建立了一种新的呕吐毒素荧光免疫检测方法. 呕吐毒素浓度在0～0.9 ng•mL^－1之间相对荧光强度呈线性关系, 相关系数(R²)为0.9992, 检出限是0.038 ng•mL^－1. 方法的灵敏度高于文献报道的其它方法, 如GC-ECD, HPLC和HPLC-MS, 已成功应用于小麦面粉样品中痕量呕吐毒素的测定.     

离子束次级辐射对春麦的诱变效应

利用中能重离子束辐照生物靶材料时产生的中子、γ射线和次级碎片等次级辐射对春麦种子进行辐照 ,然后通过田间试验和实验室的分析测定 ,得到了 M1代植株的变化 . (1 )在生物学性状中 ,穗粒数、小穗数、千粒重、穗粒重、小穗密度和有效分蘖数变异率较大 ;(2 )除 SOD活性外 ,POD活性、CAT活性、MDA含量和蛋白质含量的变异率也较大 ;(3 )休眠种子和萌发种子辐照M1代在生物学性状的变化上存在很大的差异 ;(4)两个春麦材料的辐射敏感性差异明显 .由此表明 ,兰州重离子加速器辐照终端在进行生物学实验时产生的次级辐射是可能利用的诱变源. Secondary radiation such as neutrons, high energy light particees, γ rays is produced when ion beams with medium energy irradiate biological materials. Spring wheat was placed in radiobiological experiment area(irradiation terminal L2) to expose to the secondary radiation. The variation of M1 generation of the wheat seeds was obtained through test in the fields and measuremeat in laboratery: (1) There were very high variation rates in grain number, number of small...     

基于叶片及冠层叶绿素参数的冬小麦籽粒蛋白质含量预测研究

小麦籽粒蛋白质含量是衡量小麦营养品质的重要指标,实现小麦品质快速的预测预报对于粮食收购部门和加工企业具有重要意义。研究基于作物叶绿素/氮素速测仪SPAD及Multiplex 3,获取冬小麦不同生育期叶片及冠层叶绿素参数,从小麦个体及群体参量两方面进行冬小麦收获期籽粒蛋白质含量及蛋白产量的预测研究。试验于2012年4—6月在国家精准农业研究示范基地开展,研究结果表明,冬小麦返青至灌浆初期,小麦冠层氮素密度与籽粒蛋白质含量的相关性优于叶片氮素含量与蛋白质含量的相关性,灌浆中期两者与籽粒蛋白质含量相关性差别不大;小麦叶片SPAD值与叶片氮素含量相关性总体优于其与冠层氮素密度的相关性,而叶绿素荧光参数SFR_G, SFR_R与冠层氮素密度的相关性优于其与叶片氮素含量的相关性;叶片SPAD与籽粒蛋白质含量的相关性在拔节期最弱,在灌浆中期最强,小麦冠层叶绿素荧光参数SFR_G, SFR_R与籽粒蛋白质含量相关性在返青至拔节期不显著,但孕穗期开始显著相关,在灌浆中期相关性最强且明显优于同期叶片SPAD与籽粒蛋白质含量的相关性;冬小麦籽粒蛋白产量与叶片SPAD值在小麦孕穗期至灌浆期显著相关,与SFR_G和SFR_R在小麦灌浆期显著相关;研究基于灌浆中期SPAD值及SFR_R值,构建了冬小麦籽粒蛋白质含量及籽粒蛋白产量的预测模型,其中,籽粒蛋白质含量预测模型复相关指数分别为0.426和0.497,模型标准误差分别为0.060%和0.055%,籽粒蛋白产量预测模型复相关指数分别为0.366和0.386,模型标准误差分别为125.367和123.454 kg·ha-1。研究表明,利用叶片SPAD值及冠层叶绿素荧光信息,在小麦收获前进行品质的快速预测是可行的。     

晚霜冻影响下冬小麦冠层红边参数比较

冬小麦受晚霜冻影响的外部症状短期内不明显的特点,为红边光谱的应用提供了契机。利用田间移动式霜箱和低温室系统分别开展不同温度梯度的霜冻试验,基于冻后第1天测定的冬小麦冠层光谱数据,使用最大一阶导数(FD)、四点线性插值(FPI)、多项式拟合(POLY)、倒高斯拟合(IG)和线性外推(LE)等方法分别提取红边参数。通过相关分析、线性回归建模以及波动分析,从早期性、敏感性和稳定性方面对红边参数检测冬小麦晚霜冻的能力进行定量研究。结果表明,LE方法提取的红边位置(REP)与霜冻温度的相关性为极显著(显著性水平达到0.01),二者相关系数高于其他方法;REP随霜冻温度的降低而呈蓝移现象,温度越低,蓝移趋势越明显。FD方法提取的最小振幅(Dr_min)和红边振幅与最小振幅比值(Dr/Dr_min)对霜冻敏感性的表现最佳,其次是FD和IG方法提取的红边振幅与红边面积比值(Dr／SDr),敏感性最差的是LE方法提取的REP。总的来看,FD方法提取的Dr_min和Dr／Dr_min检测冬小麦晚霜冻的综合能力最强。以上结论可为基于冠层红边特征的冬小麦晚霜冻害早期诊断研究提供依据。     

二(5-磺基水杨酸)含硼酸稀土合成及其对干旱小麦幼苗脂膜的保护作用

二(5-磺基水杨酸)含硼酸稀土合成及其对干旱小麦幼苗脂膜的保护作用;二(磺基水杨酸)含硼酸;稀土配合物;合成;表征;小麦幼苗;脂膜损伤保护     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测量小麦粉中铅、镉、砷和铬

在我国局部都存在不同程度的铅、镉、砷和铬的土壤和水资源污染,土壤和水域中的有毒有害元素经食物链累积在人体,对人们的身体造成极大的危害,因此对食品中这些限量元素进行准确高效定量非常必要。本文建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对小麦粉中的Pb、Cd、As和Cr进行测量,测量方法采用内标法,内标元素选择Rh、In和Bi。另外对微波消解前处理方法和ICP-MS使用参数进行了优化,测量方法简单高效。工作标准曲线呈良好的线性关系,相关系数均大于0.9999。该方法采用GBW(E)100493小麦粉标准物质和NIST 1567b Wheat Flour对本实验所采用的方法进行验证,结果显示测量值和标准值一致,表明本实验中小麦粉中Pb、Cd、As和Cr的测定方法是准确可靠的。