基于改进YOLO v8的轻量化稻瘟病孢子检测方法

稻瘟病由稻瘟病孢子通过空气进行传播,严重影响水稻产量,因此,稻瘟病孢子的检测对于稻瘟病早期诊断与防治具有重要作用。针对现有方法存在检测速度慢的问题,本研究基于YOLO v8模型提出了一种稻瘟病孢子检测方法RBS-YOLO。首先,该算法在主干网络中引入PP-LCNet轻量化网络结构,减少模型每秒浮点运算次数并降低模型内存占用量,其次在颈部网络中引入高效多尺度注意力模块(Efficient multi-scale attention module,EMA),并将原损失函数改进为WIOU损失函数,提高了模型识别稻瘟病孢子的精确率与平均精度均值。改进后的RBSYOLO模型精确率与平均精度均值分别为97.3%和98.7%,满足稻瘟病孢子的检测需求,模型内存占用量与每秒浮点运算次数分别为3.46 MB、5.2×10^(9),同YOLO v8n相比分别降低41.8%与35.8%。RBS-YOLO模型与当前主流的YOLO v5s、YOLO v7、YOLO v8n模型对比,每秒浮点运算次数分别降低67.3%、95.1%、35.8%。研究结果表明RBS-YOLO模型能够满足稻瘟病孢子实时检测的需求,且有利于部署到移动端。

基于物联网技术的寒地水稻程控催芽系统设计与试验

针对大规模寒地水稻芽种生产中,浸种、破胸、催芽3个环节存在的上下层水温不均匀、浸种箱内稻种有氧呼吸差,易导致种子"出芽率低"甚至发生"烧种"、"烂芽"等问题,研究了浸泡温度、时间对水稻种子生理活性的激发机理,构建了基于物联网技术的温度、湿度、氧气监控体系,研发了程控水稻催芽系统,实现浸种箱内催芽环境分段式自动化管理。通过对浸种箱内温度场模拟及大田生产试验证明:系统温、湿、氧调控准确度高,均匀性好,水温控制精度?0.2℃,水位控制精度?0.3%,种子发芽率达97.79%,箱内不同区域芽种出芽率相差1%以内,芽种整齐度、健壮程度大幅提高。该系统研究为寒地水稻生产水平的提高提供了技术支撑,体现了较好的社会经济效益。

基于LabVIEW的小麦生物量检测系统

为了快速、无损地测量小麦生物量,根据小麦茎秆的力学特性,设计了一种基于LabVIEW的小麦生物量检测系统。以压力传感器为测量元件,以阿尔泰DAM-3056AH为高速采集模块,获取的小麦受推杆作用产生的回弹力信号由LabVIEW测量系统完成数据的实时采集、显示和保存。利用该检测系统在田间进行小麦生物量检测试验,以验证系统的性能。试验结果表明不同品种的小麦茎秆回弹力具有明显的差异,小麦茎秆回弹力与生物量(鲜质量)具有一定的相关性,采用线性回归法建立两者之间的回归模型,模型的决定系数R2达到0.712 7。结果表明基于力学原理进行小麦生物量检测是可行的。

玉米籽粒考种信息获取装置设计与试验

考种是制约育种效率的关键环节。玉米高通量考种过程,存在籽粒堆积和粘连现象,影响籽粒考种参数的提取。本文结合玉米高通量自动考种需求,设计了籽粒考种信息获取装置。通过分析堆积籽粒回旋运动过程的受力情况并根据试验情况确定振动平台回旋速度,实现籽粒的平铺摊种。在此基础上,针对粘连籽粒图像提出了一种先分割后融合的改进分水岭算法,该方法通过比较相邻分割区域极小值与最小分水岭的差值与设定的阈值T,进行邻域融合,对过分割区域进行合并,实现粘连籽粒的准确分割,分割完成后,统计籽粒个数,并基于Graham扫描法建立单个籽粒的最小外接矩形,获取籽粒长宽参数。在构建的玉米籽粒自动考种装置上进行动态试验,结果表明,本文所提出的方法可实现玉米粘连籽粒的准确分割,单穗玉米籽粒计数正确率不低于98.05%,籽粒平均长宽与人工测量结果的决定系数R^2在0.97以上,满足自动考种在线检测的需求。

作物茎秆微变化无线监测系统的设计与实现

由于水资源紧缺的现状日益严重,灌溉农业朝着精细化、智能化的方向发展。针对作物水分状况的测量需求,基于线性可变差动变压器及无线采集传输模块,研发了茎秆微变化无线监测系统;通过对作物茎秆直径微变化的精确、无损、远程测量,直观地反映作物水分亏缺状况,进而指导作物精准灌溉。该系统具有简单易行、对植株不具破坏性、可长时间连续监测及自动记录的特点。试验结果表明,茎秆变化情况与土壤含水率变化具有显著的相关性,相关系数可达0.923 1,可用于辅助指导作物灌溉。

干旱胁迫下旱稻和水稻对K^+和Ca^(2+)的动态吸收研究

利用动态离子流检测技术,通过比较干旱作用下旱稻与水稻对K+和Ca2+离子的动态吸收规律,探讨无机离子对旱稻和水稻的抵御干旱胁迫的作用机理,有助于筛选抗旱水稻材料。结果显示,PEG处理条件下巴西旱稻对K+和Ca2+的吸收能力强于日本晴水稻,可能是由于巴西旱稻通过吸收无机离子作为渗透调节剂抵御干旱胁迫,因此具有较强的抗干旱能力。同时研究也说明,利用动态离子流检测技术比较不同材料的无机离子吸收能力,可以筛选抗旱水稻新品种。

基于近红外光谱的大豆叶片可溶性蛋白含量快速检测（英文）

可溶性蛋白是植物生化及抗性生理研究的重要指标之一。快速、准确、无损测定可溶性蛋白含量对作物生长状况的动态监测及抗性作物品种的筛选具有重要意义。近红外光谱具有快速、简单方便、非破坏性的特点,已在农业、食品、化工等领域广泛应用,尤其是近年来基于光谱技术快速无损的获取作物生理生化信息的研究已成为当前农业领域研究的热点。本文采用近红外光谱技术结合化学计量学方法以实现大豆叶片可溶性蛋白含量的快速无损检测。首先,采用Savitzky-Golay平滑(SG)、一阶导数(1-Der)、二阶导数(2-Der)等7种光谱预处理方法分别建立大豆叶片可溶性蛋白含量的偏最小二乘(PLS)预测模型,经对比发现SG预处理方法为大豆叶片可溶性蛋白含量预测的最优光谱预处理方法。其次,分别采用连续投影算法(SPA)、随机蛙跳(RF)和遗传算法(GA)对SG预处理后的光谱数据进行特征波长提取。最后,基于提取的特征波长分别建立了大豆叶片可溶性蛋白含量的SPA-PLS、RF-PLS和GA-PLS预测模型,发现基于SPA提取的11个特征波长建立的大豆叶片可溶性蛋白含量SPA-PLS模型具有最佳的预测效果,其预测集相关系数(R2p)为0.864,预测均方根误差(RMSEP)为1.894 mg/g,预测偏差为2.061(RPD)。上述结果表明,应用近红外光谱技术检测大豆叶片中可溶性蛋白含量是可行的,可为大豆生长状况动态监测及抗性大豆品种的筛选提供新的方法。

基于分数阶微分算法的大豆冠层氮素含量估测研究

氮素与作物的生长发育、产量和品质密切相关。作物冠层氮素含量的快速、准确、无损检测对于作物营养诊断和长势评估具有重要意义。传统的氮素检测方法检测周期长、操作复杂,同时具有破坏性,无法实现作物氮素含量在时间和空间上的连续动态监测。基于光谱遥感技术快速、无损地获取作物氮素含量是近年来作物组分快速检测研究的热点。当前的研究大多基于原始光谱或整数阶微分(一阶、二阶)预处理后的光谱进行氮素含量预测,原始光谱或整数阶微分预处理后的光谱会忽略光谱曲线间的渐变信息,影响氮素含量的预测准确度。与原始光谱和整数阶微分方法相比,分数阶微分算法在背景噪声去除、有效信息提取等方面较有优势。为研究分数阶微分预处理算法在作物氮素检测中的应用,本文以不同施肥处理下的盆栽大豆作物为研究对象,获取大豆苗期、花期、结荚期和鼓粒期四个生育期共256组冠层高光谱及对应的大豆冠层氮素含量(CNC)数据,运用分数阶微分算法对光谱数据进行0~2阶微分预处理,微分间隔为0.1,分别采用归一化光谱植被指数NDSI、比值光谱指数RSI对预处理后的光谱数据和大豆冠层氮素含量数据进行相关性分析,得到各阶微分预处理下NDSIα(α代表分数阶微分阶数)与大豆CNC,RSIα与大豆CNC相关系数绝对值的最大值及其对应的波段组合——最优波段组合NDSIα(opt)和RSIα(opt),采用线性回归方法,建立各阶微分下NDSIα(opt)与CNC,RSIα(opt)与CNC的预测模型,并与常用植被指数(VOGII,MTCI,DCNI,NDRE)建立的氮素含量预测模型进行比较,研究分数阶微分算法对大豆作物冠层氮素含量预测模型的效果。结果表明:(1)在0~2阶微分范围内,最优波段组合NDSIα(opt),RSIα(opt)与大豆CNC的相关系数随阶数增加呈现先升高后下降趋势。其中,0.8阶微分下NDSI0.8(R725,R769)与大豆CNC的相关系数最大,为0.875 9;0.7阶微分下RSI0.7(R548,R767)与大豆CNC的相关系数最大,为0.865 1;(2)分数阶微分预处理能够细化光谱数据中的有效信息,增强光谱数据对冠层氮素含量的敏感性,尤其是增强红边平台波段与氮素含量的正相关性及绿波段与氮含量的负相关性;(3)与整数阶微分、常用植被指数相比,分数阶微分能够提高大豆CNC预测模型的准确性。其中,基于0.7阶微分RSI0.7(R548,R767)建立的大豆CNC预测模型与0阶微分RSI0(R725,R769)相比建模集决定系数(R2C)和预测集决定系数(R2P)分别提高了0.061 9和0.016 6,建模集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSEP)分别降低了0.552 5和0.180 9,预测相对偏差(RPD)提高了0.110 4。基于0.7阶微分RSI0.7(R548,R767)建立的大豆CNC预测模型与VOG II相比R2C和R2P分别提高了0.086 6和0.025 5,RMSEC和RMSEP分别降低了0.757 5和0.248 3,RPD提高了0.14688;(4)基于0.7阶微分比值光谱指数RSI(R548,R767)建立的大豆LNC预测模型较优,其R2C为0.748 4,R2P为0.800 3,RMSEC为4.752 9,RMSEP为3.511 1,RPD为2.253 7,能够较好的估测大豆冠层氮素含量。研究表明分数阶微分算法在大豆冠层氮素含量的定量预测中具有一定的优势,为光谱遥感技术在作物氮营养检测中的应用开拓了新的思路。

Cu2+胁迫对大豆生长和抗氧化酶活性的影响

植物体摄入过量的重金属Cu^2+会对植物产生毒害作用,为探讨外施Cu^2+对大豆幼苗的毒害机理,以齐黄35为试验材料,采用盆栽法,以不同浓度(0、20、200、400μg/g)Cu^2+处理液进行胁迫,研究外源Cu^2+胁迫对大豆丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶POD)和根茎干鲜质量(地上干鲜质量和地下干鲜质量)的影响。结果表明,随着Cu^2+胁迫浓度的增加,MDA含量呈现上升趋势;对2种抗氧化酶的活性影响显著,但活性影响方向不一致,显著降低SOD活性,增强POD活性,各Cu^2+处理下SOD活性与同期对照组(15d)相比降低1.90%~19.55%,POD活性与同期对照组(15d)相比增强31.36%~49.45%;Cu^2+胁迫显著降低大豆幼苗地上干质量、地上鲜质量、地下干质量、地下鲜质量、总鲜质量、总干质量,与对照组相比,400μg/g浓度的Cu^2+胁迫分别下降了55.58%、64.79%、60.31%、85.42%、57.46%、74.79%。Cu^2+胁迫引起丙二醛、抗氧化酶和根茎干鲜质量的显著变化,抑制大豆幼苗的正常生长,丙二醛是Cu^2+胁迫的重要表征指标,研究为大豆幼苗的Cu^2+毒害机理提供依据。

利用低场核磁共振分析水稻种子浸泡过程中的水分变化

为研究水稻种子在浸泡过程中的水分变化情况,应用核磁共振无损、非侵入的技术优势,根据弛豫时间呈现的多组份特征,通过弛豫谱分析水稻种子不同相态水分的变化和流动过程,确定弛豫谱峰值总面积与水稻种子吸水率的回归方程,研究了水稻品种(沈农9816号、沈农9903号)及浸种温度(18、24、32℃)对水稻种子吸水量的影响。试验结果表明:通过弛豫谱峰值总面积可以合理估测水稻种子的吸水率;水稻种子在6h浸种过程中,随着浸泡时间的增加结合水及总水含量变化趋势为不断上升,自由水则呈现不规则的反复变化态势;水稻种子吸水量在2个水稻品种间差异不明显,对浸种温度高度敏感。该试验提出了一种无损的水分检测方法,能够更加直接准确的揭示水稻种子在浸泡过程中的水分变化规律,为探求种子的最佳浸泡条件提供数据支持和理论依据。

用核磁共振研究浸种方法对水稻种子吸水量的影响（英文）

为寻求较佳浸种方法,该文应用低场核磁共振检测技术,研究了不同的浸种方式及浸种溶剂对水稻种子吸水量的影响。试验利用横向弛豫时间T2反演谱分析了水稻种子的水分状态变化及吸水特性,发现浸种过程改变了水稻种子内部的水分分布情况,水稻种子吸水量对初始含水率差异不显著(P>0.05),但对各种浸种方法差异显著(P<0.05)。研究表明,采用连续浸种4 h、浸种3 h-晾干1 h-浸种1 h、浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h及浸种2 h-晾干2 h-浸种2 h这4种不同的浸种方式时,浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h的间歇浸种方式吸水率较高;采用清水、强氯精300倍液、饱和澄清石灰水、质量分数为40%福尔马林的50倍液、100倍液及200倍液6种不同的浸种溶液时,应用质量分数为40%福尔马林50倍液药剂时吸水率较高。低场核磁共振检测技术揭示了水稻种子含水量的影响因素,为浸种过程中吸水量的测定提供了一种有效的方法。

雪旺细胞外泌体影响胶质瘢痕形成修复小鼠脊髓损伤的实验研究

目的:探讨雪旺细胞外泌体(SCDEs)对小鼠脊髓损伤的修复作用。方法:从小鼠坐骨神经中提取原代雪旺细胞,并将雪旺细胞培养上清分次超速离心得到雪旺细胞外泌体。透射电镜鉴定外泌体,尾静脉注射外泌体,每周2次,每次3μL/只,BMS评分观察小鼠行为学功能恢复,免疫荧光染色观察外泌体神经保护作用和胶质瘢痕变化情况。结果:SCDEs的直径范围为40~100 nm;与PBS组相比,SCDEs组行为学BMS评分增加(P<0.05),神经学功能指标有所恢复(P<0.01),胶质瘢痕增加(P<0.01)。结论:SCDEs可以促进损伤后胶质瘢痕的增加,修复脊髓损伤。

基于Android手机的水稻剑叶角测量系统

为了快速、无损地测量水稻剑叶角,设计了基于Android智能手机的便携式水稻剑叶角无损测量系统。采用智能手机后置摄像头获取水稻剑叶基部图像,经过图像预处理、直线检测、K-means聚类和向量方法等处理过程,得到水稻剑叶角。基于Android编程技术对系统软件进行设计,实现了在Android平台下利用JNI和Android NDK调用基于Open CV库的剑叶角提取图像处理算法,实现了新建试验、材料信息输入、摄像头获取剑叶基部图像、计算输出剑叶角及保存数据等界面操作流程。利用该测量系统在田间对4个品种的80株水稻进行剑叶角测量试验,以验证系统性能。试验结果表明,和人工用量角器测量结果相比,该系统测量的平均绝对误差为1.34°,相对误差为2.7%,测量值和真实值相关系数为0.997,能有效测量剑叶角。

基于图像处理的小麦穗长和小穗数同步测量

小麦穗长和小穗数能够直接反映小麦产量,是育种家非常关心的两个穗部形态参数。为快速测量这两个参数,本文提出一种基于图像处理技术的穗长和小穗数同步测量方法,首先采用形态学处理算法去除麦芒得到麦穗主部图像,然后采用拟合麦穗主部中心曲线的方法来计算麦穗长度,最后采用将曲线穿过小穗区域并统计灰度差异的方法计算小穗数。针对4个品种的50个麦穗进行测量试验,以验证算法性能。试验结果表明,本文穗长和小穗数同步提取算法不仅适用于较直立的麦穗,而且适用于弯曲的麦穗;和人工用直尺沿穗身测量穗长的方法相比,本文穗长提取算法测量结果的平均绝对误差为0.47cm,相对误差为3.95%;和人眼计数测量小穗数的方法相比,本文小穗数提取算法测量结果的平均绝对误差为1.6(≈2),相对误差为7.89%,能有效同步测量穗长和小穗数。

基于LVF的光谱测量系统

为了实时、快捷、无损获取作物生长信息,采用新型的线性可调谐滤光片(LVF)分光技术,研制了作物生长信息光谱测量系统。选取线性可调谐滤光片为分光单元,硬件系统单元采用线阵CMOS探测器,在驱动单元脉冲信号的作用下完成光电转换、存储和转移等功能,并采用USB数据采集板对光电信号进行AD转换。上位机界面采用MFC和OpenGL语言编程。在室内用卤钨灯光源对玉米叶片进行验证,试验表明该系统能够较好地实现玉米冠层反射光谱的实时检测,在玉米叶绿素快速诊断方面具有可行性,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持。

水稻穗部籽粒参数快速无损获取方法研究

为满足现代育种技术在短时间内对大量的水稻穗部性状进行测量的需求,提出一种基于X射线的水稻穗部籽粒参数的快速无损获取方法,方法分析了射线管电压和电流对穗部成像质量的影响,通过高斯平滑和多阈值分割计算实粒个数,通过形态学处理和图像比对计算水稻空秕粒个数,通过水稻外接圆的直径长度计算稻壳内粒长。选取三十株水稻样本进行X射线成像,并进行实粒、空秕粒和粒长分析。结果表明,水稻实粒数测量值和真实值的绝对误差保持在±3的误差内,空秕粒的准确率也能达到88%,粒长检测的绝对误差均小于0.13 mm,将其应用到实验检测中,证实了该方法整体的可靠性。

抑制转化生长因子β表达可以减少纤连蛋白的形成并促进小鼠脊髓损伤的修复

目的探讨抑制转化生长因子β(TGF-β)表达对小鼠脊髓损伤的修复作用。方法将12只小鼠分为3组:治疗组、对照组和阴性对照组,4只/组,重复实验2次。治疗组通过对脊髓损伤半切模型小鼠进行腹腔注射TGF-β中和抗体(1D11)来抑制TGF-β的表达量;对照组小鼠注射载体抗体(13C4)作为对照,损伤后3次/周,每次25μL/只;阴性对照组未做半切损伤,4周后心脏灌注取材,选取损伤部位上下1~2 cm脊髓进行包埋,损伤区域的免疫荧光染色通过FSP1观察成纤维细胞募集,通过Fibronectin来观察纤连蛋白沉积以及通过PGP9.5来观察神经学恢复情况。最后选择脊髓损伤钳夹模型来进一步验证,使用免疫荧光染色通过5-HT来观察轴突存活情况以及通过GFAP来观察星形胶质细胞分布情况。结果在脊髓损伤半切模型中,与对照组相比,治疗组损伤区域中成纤维细胞募集减少(P<0.05),纤连蛋白沉积减少(P<0.05),神经学功能PGP9.5染色有所恢复(P<0.05)。在脊髓损伤钳夹模型中,1D11组与13C4组相比,5-HT阳性的轴突存活增加且下行距离延伸,GFAP阳性星形胶质细胞在损伤区域内分布数量增加(P<0.05)。结论抑制脊髓损伤后TGF-β的表达量可以减少成纤维细胞的募集和纤连蛋白的沉淀,从而促进脊髓损伤后神经学功能恢复来修复脊髓损伤。

许旺细胞外泌体减少脊髓损伤区血管生成和瘢痕形成促进神经修复

背景:脊髓损伤可以导致轴突严重受损和神经元死亡,从而导致运动和/或感觉功能永久丧失。目前对于脊髓损伤的治疗手段仍然十分局限,外泌体作为一种非细胞疗法,因其强大的生物学活性而备受关注,有可能成为脊髓损伤的一种新兴治疗方案。目的:观察许旺细胞来源外泌体对小鼠脊髓损伤后神经轴突的修复作用。方法:将30只C57小鼠随机分成假手术组、许旺细胞来源外泌体组和PBS对照组,每组10只,对许旺细胞来源外泌体组和PBS对照组小鼠进行脊髓钳夹损伤,损伤24 h后,许旺细胞来源外泌体组小鼠尾静脉注射许旺细胞来源外泌体,PBS对照组小鼠尾静脉注射PBS,每周3次,持续4周,每次每只注射25μL (0.1 g/L)。最后一次注射后24 h后处死小鼠,取出脊柱并分离出损伤部位上下各1 cm范围内的脊髓进行固定、脱水、包埋和切片。免疫荧光染色观察损伤区域CD31阳性血管内皮细胞和FSP1阳性成纤维细胞的募集,以及NF200阳性神经轴突存活情况。结果与结论:与PBS对照组相比,许旺细胞来源外泌体组小鼠损伤区域中CD31阳性细胞数量减少(P <0.01),FSP1阳性细胞数量减少(P <0.05),以及NF200阳性轴突数量增加(P <0.01)。结果表明,许旺细胞来源外泌体可以减少脊髓损伤区域内血管生成和瘢痕形成,并促进神经轴突的修复。

基于ZigBee技术的大田灌溉控制系统设计研究

通过对农业生产中大田灌溉的需求分析，采用基于ZigBee技术的无线传感器网络方法设计开发了大田灌溉无线数据采集控制系统，构建了网状网络结构的田间传感器网络，用于田间灌溉阀门的控制和信息采集。在应用中，通过对灌溉控制系统的集中管理，实现了田间灌溉的自动化控制。应用结果表明该系统能够满足生产中大田灌溉的需求，ZigBee技术在农业生产领域有着更深入的应用空间。

基于ARM嵌入式平台的作物抗倒伏性检测系统

针对现有作物茎秆在推力作用下倾斜角度和对应推力的测量装置需要人工读数,测量误差大,并且后期数据处理不方便等问题,以茎秆受力简化模型为研究对象,利用力学传感器和倾角传感器,基于ARM嵌入式平台设计了作物抗倒伏性检测系统,可以实时、准确的测量茎杆在推力作用下倾斜角度和对应推力大小。经测试表明,系统有效的提高了测量田间作物茎秆拉弯强度的工作效率,为茎秆抗倒伏性研究提供了科学的数据依据和决策支持。