基于Taqman微流控芯片技术高通量检测17种转基因玉米品系

将Taqman微流控芯片技术应用于实时荧光PCR平台的转基因玉米17种品系高通量检测。在一次PCR扩增过程中,以2个玉米内源基因(hmgA基因、adh1基因)和1个上样控制基因(18S基因)为内参照,可同时完成17种转基因玉米品系(TC1507、NK603、MON87640、MON863、MON810、MIR162、GA21、DAS40278、BT176、BT11、98140、59122、3272、MON89034、MIR604、MON88017、T25)的单孔单重扩增的并行检测,检出限可达10～20 copies。本方法特异性强,灵敏度高,与"金标准"单一的实时荧光PCR方法检测结果完全吻合,具有可多样品、多靶标平行检测的优势,为转基因产品多品系混杂鉴定检测提供了高效、快速的方法。采用本方法,从16批进境的实用玉米中检出9批转基因玉米样品,且发现其中不同程度的混杂含有1～8种品系。本方法可用于口岸进境实用农产品中多品系混杂转基因的高通量检测。     

基于Sentinel-2A影像的玉米冠层叶绿素含量估算

农作物叶片中的叶绿素通过吸收光能参与光合作用产生化学能,及时、准确地估算叶绿素含量对于农作物长势、养分含量监测、品质评价和产量估算具有重要意义。Sentinel-2卫星的重访周期为5 d,空间分辨率为10 m,具有13个光谱波段,其中包括三个波宽仅为15 nm对叶绿素含量变化敏感的红边波段,是叶绿素含量估算的理想数据源。植被指数是基于农作物在不同波段的反射特性,通过不同波段组合方式刻画长势和叶绿素含量的差异,可用于大区域范围内的玉米冠层叶绿素含量快速、精确估算。以Sentinel-2A影像为数据源,开展基于多种植被指数的玉米冠层叶绿素含量估算方法研究。课题组于2016年8月6-11日在河北省保定市（115°29′-116°14′E,39°5′-39°35′N）进行玉米冠层叶绿素含量的实地测量,并在每个采样位置上采用中绘i80 智能RTK(real-time kinematic)测量系统进行定位。Sentinel-2A影像预处理工作包括几何校正、辐射定标和大气校正,其中大气校正使用Sen2Cor模型和SNAP模型。首先,基于预处理后的Sentinel-2A遥感影像,分别计算CI_green(green chlorophyll index), CI_red-edge(red-edge chlorophyll index), DVI(difference vegetation index), LCI(leaf chlorophyll index), MTCI(MERIS terrestrial chlorophyll index), NAVI(normalized area vegetation index), NDRE(normalized difference red-edge), NDVI(normalized difference vegetation index), RVI(ratio vegetation index), SIPI(structure insensitive pigment index)植被指数。然后,建立样方位置上实测叶绿素含量与各植被指数的统计关系,从而构建玉米冠层叶绿素含量估算模型,并以野外实测玉米冠层叶绿素含量为依据,对基于各植被指数的估算结果进行精度评价。最后,利用筛选出的最优叶绿素含量估算模型,估算研究区内的玉米冠层叶绿素含量。研究的目标为：（1）通过比较分析,构建合适的玉米冠层叶绿素含量估算模型,估算精度以决定系数R2、均方根误差RMSE以及相对误差RE作为评价指标;（2）确定最优波段组合方案：在红边波段中选择与可见光、近红外波段组合效果更优的波段组合方案;（3）确定参与植被指数计算的红边波段的最优数量。精度评价结果表明：（1）选用的植被指数与玉米冠层叶绿素含量呈多项式拟合关系,其中使用红边波段计算的植被指数的估算结果明显优于未使用红边波段的估算结果;红边波段引入后明显提高了可见光、近红外波段对叶绿素含量的拟合的精度,CI_{green(560, 705)}指数比CI_{green(560, 842)}的回归模型R2提高0.516,红边波段参与计算的DVI相对于RVI来说,估算结果更稳定。（2）对于不同的植被指数,参与运算的Sentinel-2A影像的两个红边波段,估算精度的提高程度不同。对于可见光波段参与计算的植被指数来说,在红边波段1（中心波长为705 nm）的估算精度较高,如LCI,CI_green,DVI和RVI等;对于近红外波段参与计算的植被指数来说,在红边波段2（中心波长为740 nm）的估算精度较高,如CI_red-edge,NDRE和NAVI等。（3）对于Sentinel-2A影像来说,两个红边波段共同参与叶绿素含量估算时能取得最高的的估算精度。选用的植被指数中,MTCI_{(665, 705, 740)}指数与玉米冠层叶绿素含量估算精度最高,回归模型拟合精度R2为0.803,模型验证R2为0.665,RMSE为3.185,相对误差RE为4.819%。MTCI_{(665, 705, 740)}指数计算中使用了两个红边波段,突出红边波段反射率差值变化,与玉米冠层叶绿素含量表现出很好的相关性。最后,利用优选出的基于MTCI指数的叶绿素含量估算模型,对研究区范围内的叶绿素含量进行估算并完成空间制图。     

基于空间谱的玉米叶片铜铅污染区分及程度监测

利用高光谱遥感技术监测并识别农作物受重金属污染信息是当今热点,研究设置了不同浓度铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)胁迫梯度的玉米盆栽实验,并测取了玉米叶片的光谱及叶片中重金属离子与叶绿素含量。基于获取的光谱数据,将光谱划分为紫谷、蓝边、绿峰、红谷、红边和红肩六个光谱特征区间,通过光谱的一阶微分和二维多重信号分类(2D-MUSIC)算法构造空间谱,对各光谱特征区间进行变换分析。实验结果表明：蓝边、绿峰和红边阵列信号的空间谱在Cu2+胁迫下为双高峰,在Pb2+胁迫下为单高峰,以此能够快速、直观地区分玉米叶片所受重金属污染的Cu2+和Pb2+元素类别。红谷和红肩阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Cu2+含量的相关系数分别达到-0.954 5和-0.964 8,说明用于监测Cu2+污染程度时效果理想;紫谷阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Pb2+含量的相关系数达到-0.999 8,说明用于监测Pb2+污染程度时效果理想。同时通过与常规重金属污染监测方法绿峰高度(GH)、红边位置(REP)、红边最大值(MR)、红边一阶微分包围面积(FAR)的应用结果进行比较分析,空间谱法的应用结果与玉米叶片中重金属离子含量的相关性较高,从而验证了空间谱应用于玉米重金属污染信息监测具有更好的有效性和优越性。     

喷粉压力及点火延迟时间对粉尘爆炸参数的影响

为进一步研究影响粉尘爆炸特性参数的因素,在5L柱形密闭爆炸容器中,以食用玉米淀粉为试样,利用高压放电火花点火,并通过压力采集系统记录容器内压力的变化,研究了不同吹粉压力下,点火延迟时间对粉尘爆炸压力参数的影响,并对实验现象进行了理论分析。实验结果表明:点火延迟时间对粉尘爆炸压力和压力上升速率影响显著;吹粉压力存在一个临界值,当吹粉压力大于临界值时,存在一个最佳点火延迟时间,使得爆炸压力峰值和压力上升速率峰值最大,且随着吹粉压力的增大,粉尘爆炸的最佳点火延迟时间缩短;当吹粉压力小于临界值时,点火延迟时间越长,粉尘爆炸压力越小。     

Morphology and Phase Composition ofGelatin-Starch Blends简

Morphology and phase compositions of different starch-gelatin blends were investigated by various microscopes: optical, SEM and synchrotron FTIR microscopy. A high amylose(80%) corn starch, grafted with hydroxypropyl to enhance flexibilty and hydrophilicity, and plasticized by poly(ethylene glycol)(PEG), was used in this work. SEM revealed that the surface became smoother after adding PEG. Optical microscopy observation revealed that compatibility between gelatin and starch was improved by adding PEG. An FTIR beam focused on a 5 μm× 5 μm detection area by the micro-spectroscope was used to map chemical composition. The ratio of areas of the saccharide bands(1180–953 cm 1) and the amide I and II bands(1750–1483 cm 1) was used to monitor the relative distributions of the two components in the blends. The FTIR maps indicated that gelatin constituted the continuous phase up to 80% of starch content. All of the FTIR spectra showed contributions from both starch and gelatin absorptions, therefore indicating that complete demixing with pure starch and gelatin domains did not occur. The PEG improved the compatibility of the gelatin-starch blends.     

近红外单籽粒玉米油分无损测定仪器研制

用发光二极管作为光源,在短波近红外区选择6个波长的滤光片作为分光器件,研制了单籽粒玉米油分无损测定仪。该仪器各项技术指标均达到设计要求,结构简单、性能稳定;测定单籽粒玉米油分的相关系数为0.968 8,标准差为0.72,平均相对误差为0.062。完全符合高油玉米育种工作的需要。     

五种杂交玉米籽粒品质的FTIR光谱研究

为了研究傅里叶变换红外光谱在杂交玉米品质评定上的可行性,使用傅里叶变换红外光谱仪获得五种杂交玉米籽粒的光谱。1 776～952 cm-1范围内的光谱主要由蛋白质、淀粉和油脂的红外吸收带组成,淀粉的吸收带较为强烈,蛋白质和油脂的吸收带稍弱。该范围光谱中特征吸收带相互重叠,导致一些重要信息被掩盖。通过对1 776～952 cm-1范围内的红外光谱进行曲线拟合分析,发现1 051和1 548 cm-1吸收子峰的面积在1 776～952 cm-1范围内吸收带总面积中占的百分比与玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量存在着线性关系。研究结果显示傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用以分析杂交玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量,为玉米品质的快速评定提供一种方法。