基于高光谱成像技术和深度学习的烤后烟叶品种分类判别

为了实现对不同品种烤后烟叶的快速判别,采集红花大金元、K326、云烟105三种烟叶的高光谱图像,利用阈值分割和边缘提取算法选择感兴趣区域,获得烟叶的光谱数据。分别使用卷积平滑结合一阶导数、标准正态变量变换、多元散射校正和中心化等4种常用方法对原始光谱数据进行预处理,在此基础上建立多层感知机网络(Multilayer Perceptron,MLP)、卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型,进行烤后烟叶品种分类的比较研究。结果表明,所建立的模型均可对烟叶的品种进行有效判别,其中一阶导数预处理在多个模型中表现均优于其他3种预处理方法,基于CNN建立的分类模型性能优于其他模型,两者结合的性能最优,其测试集正确率和准确率分别为97.9%和98%,表明高光谱结合CNN可以实现烟叶品种的定性判别。上述研究为后续基于高光谱技术开发针对烤后烟叶的快速检测系统提供了理论依据和技术支撑。

基于多元曲线分辨的植物中3种光合色素的抗干扰检测

为克服Arnon公式法测定植物体系中叶绿素a和b以及β-胡萝卜素含量的干扰问题。论文基于可见光谱量测,引入多元曲线分辨-交替最小二乘(MCR-ALS)算法提取单分析物信号、使用朗伯-比尔定律计算浓度,建立了一种测定植物体系中叶绿素a和b以及β-胡萝卜素的定量分析方法,将发展的方法应用于烟草工业烘烤及烟叶醇化过程中3种光合色素的抗干扰定量分析,并对弹簧烟杆装烟烘烤及烟夹装烟烘烤的实际体系进行了加标验证实验。研究结果表明,预测得到叶绿素a和b以及β-胡萝卜素的平均相对误差分别为1.9%和0.2%以及1.2%,0.8%和1.5%以及3.6%,实验结果满足实际检测的需求。论文提出的方法可为复杂植物体系中叶绿素a和b以及β-胡萝卜素含量的测定提供一种新的选择。

采收时间对不同生态区烟叶香气品质和香型风格的影响

以云烟87中部叶为材料,研究了不同采收时间(T_(1)~T_(5)处理分别表示打顶后16、18、20、22、24 d采收)对大方蜜甜香和威宁清甜香烟叶致香物质含量和感官质量的影响。结果表明:随着采收时间的推迟,两生态区烟叶类胡萝卜素降解产物、叶绿素降解产物、类西柏烷类降解产物、脂肪酸类物质、生物碱类物质、其他未分类致香物质、致香物质总含量均呈先增加后降低的趋势,除大方烟区T3处理的叶绿素降解产物和T2处理的类西柏烷类降解产物最高外,其他均以T4处理的最高;除美拉德反应产物、芳香族氨基酸降解产物、类西柏烷类降解产物及其他未分类致香物质外,大方烟区烟叶的其他致香物质含量均高于威宁的,且致香物质总含量比威宁的高8.44%。1-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丁烯-1-酮等7种物质是彰显大方烟叶蜜甜香风格的关键致香物质,1-(1H-吡咯-2-基)-乙酮等4种物质是彰显威宁清甜香风格的关键致香物质。两生态区均以打顶后22 d采收烤后烟叶的致香物质总含量最高;大方、威宁烟区分别在打顶后24、20 d采收烤后烟叶的感官质量较佳、风格更加彰显。

花后高温下水稻可溶性淀粉合酶同工型基因的表达模式

利用人工气候箱设高温(32℃)和适温(22℃)两个温度处理,结合实时荧光定量PCR技术,对水稻胚乳中可溶性淀粉合酶(SSS)8个主要同工型基因的表达特征及其温度响应进行了检测分析。结果表明,水稻SSS各同工型基因对花后高温胁迫的响应表达模式明显不同,SSSIIb、SSSIIc、SSSIIIb和SSSIVa等同工型基因呈上调表达模式,而SSSIIa、SSSIIIa等则呈下调表达模式;SSSI和SSSIIIa是水稻SSSs基因在胚乳中表达的主要形式,而其他6种同工型基因的相对表达量均较低;与SSSI、SSIIc、SSSIIIb和SSSIVb相比,水稻胚乳中SSSIIb、SSSIIIa和SSSIVa等同工型基因对高温胁迫的响应表达更敏感。

水稻胚乳贮藏物代谢相关基因响应花后高温胁迫的微阵列分析

【目的】揭示花后高温条件下水稻灌浆过程中胚乳淀粉和蛋白贮藏物代谢相关基因的表达谱,并阐明部分重要功能基因对花后高温胁迫的响应表达模式。【方法】利用人工气候箱设高温(日均温度32℃,日最高温36℃/日最低温28℃)和适温(日均温度22℃,日最高温26℃/日最低温18℃)2个温度处理,并在水稻开花后的不同时期取样,对水稻胚乳贮藏物代谢各类相关基因的表达谱与表达模式进行高通量的cDNA微阵列检测。【结果】在水稻胚乳贮藏物代谢的相关基因中,以对高温胁迫响应表现较迟钝的基因居多,其高温处理与低温处理之间的杂交信号(nARVOL)比值(称R值)大致在0.8—1.2,但随高温处理时间的持续,呈上调或下调差异表达的基因数量均有明显增加;花后高温对胚乳糖代谢和淀粉合成类基因表达的调控效应,不仅随各个基因的功能类型、代谢途径和灌浆进程的差别变化而异,而且其表达丰度及其上调或下调幅度在很大程度上还与该功能基因的同工型(或酶亚基)有关;高温处理下水稻胚乳中的谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白类基因多呈下调表达特征,但也会随其所调控的蛋白亚基组分的不同而异,从而对胚乳贮藏蛋白的亚基构成和组分变化产生较大影响;与胚乳白贮藏物代谢密切相关的糖信号传导类基因、核糖体蛋白类基因和逆境防御蛋白类基因普遍比直接参与胚乳贮藏物合成路径的功能基因对高温胁迫响应表现敏感。【结论】花后高温胁迫对水稻胚乳灌浆贮藏物代谢的调控相当复杂,涉及到众多的功能基因位点。

高温胁迫下水稻胚乳淀粉分支酶各同工型基因的表达特征

以稻米品质温度敏感型的早籼稻品种浙辐49为材料,利用人工气候箱控温处理试验和实时荧光定量PCR技术,探讨了水稻发育胚乳中淀粉分支酶(starch branching enzyme,SBE)的3种主要同工型基因(SBEⅠ、SBEⅢ和SBEⅣ)在不同温度处理下的相对表达量差异及动态变化特征。结果表明,高温处理对水稻胚乳中SBE基因的表达调控因其同工型的种类而异,SBEⅣ基因在高温处理下呈上调表达,而SBEⅠ和SBEⅢ基因在高温处理下的相对表达量则明显降低,表现为下调表达;与SBEⅣ等同工型相比,水稻胚乳中SBEⅠ基因对高温胁迫的表达响应相对更敏感。

不同湿度条件下不同成熟度烤烟散叶密集烘烤生理变化研究

为了进一步优化散叶烘烤工艺和提高散叶烘烤质量,以试验专用密集电烤房为设备,研究了湿度(低湿、中湿、高湿)和成熟度(尚熟、成熟、完熟)及其互作对散叶烘烤中烤烟下部烟叶生理指标变化的影响。结果表明,湿度和成熟度分别在48 h及其后、24～48 h对不同处理水分含量产生显著的影响(P<0.05);低湿和高湿条件下过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的表达不利于烤烟烘烤质量的形成,各处理96 h色素含量较高,中湿能使氧化还原酶活性保持一种动态平衡,有利于叶绿素、类胡萝卜素的充分降解和转化,各处理96 h色素含量较低;鲜烟叶和96 h尚熟处理烟叶色素含量较高,成熟和完熟处理含量较低。湿度和成熟度对烘烤中烟叶生理变化影响显著(P<0.05),而成熟度还影响田间烟叶内含物(色素)量的积累。从色素等生理指标变化看,在成熟至完熟期间采收烘烤较佳。成熟度是烟叶质量的核心,成熟度因素是烘烤工艺措施(调控湿度)无法弥补的。在不同处理中,中湿成熟和中湿完熟处理更有利于促进散叶烘烤中烟叶生理变化和香气前提物质的转化积累。

水稻籽粒氮代谢几个关键酶对花后高温胁迫的响应及其与贮藏蛋白积累关系

以早籼水稻嘉935和嘉353为材料,利用人工气候箱设高温(32℃)和适温(22℃)处理,探讨了高温对水稻籽粒氮代谢关键酶活性的影响及其与籽粒粗蛋白含量和各种氨基酸组成间的关系,并结合荧光定量PCR对水稻籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)2个同工型基因的表达及其温度响应进行了检测分析。结果表明,花后高温处理对谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)的影响基本一致,均表现灌浆前期升高、后期下降的趋势,但花后高温处理下水稻籽粒中粗蛋白总量和各类氨基酸含量的增加,并不一定是其籽粒氮素物质的转运能力和蛋白质合成能力的增强所致;谷氨酰胺合成酶(GS)在高温处理下的生理活性普遍高于其相应时期的低温处理,其中,GS2是GS基因在水稻胚乳中高表达的一种同工型,在水稻灌浆后期的表达量甚至超过GS1,高温胁迫处理会通过改变GS1和GS2基因在籽粒中的转录水平,从而对水稻籽粒灌浆中后期的GS活性产生调控。

低植酸突变体水稻灌浆过程中籽粒淀粉合成与茎鞘物质转运特性

以协青早(XQZ)及其低植酸突变系(os-lpa1)为材料,通过对灌浆过程籽粒中植酸含量、蔗糖和淀粉积累变化动态的比较分析,并结合叶、茎、鞘等器官中碳水化合物的转运和籽粒淀粉合成代谢有关关键酶生理活性的测定,对os-lpa1灌浆充实不良、千粒重明显降低的生理原因进行了分析。结果表明,灌浆期os-lpa1剑叶、茎、鞘等器官中的蔗糖和可溶性总糖含量均高于其对照亲本XQZ,但os-lpa1籽粒中的淀粉积累量却明显降低。胚乳中ADPG焦磷酸化酶(ADPG-Ppase)和淀粉磷酸化酶(SPase)的活性降低,可能是os-lpa1灌浆充实不良、籽粒淀粉积累量明显下降的主要原因之一。此外,os-lpa1灌浆期间叶鞘中的蔗糖磷酸合酶(SPS)和果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)活性也显著低于其相应灌浆期的对照亲本XQZ,导致茎鞘等器官中淀粉积累量增多和"流"不畅,这可能也是其产量水平降低的一个重要因素。

水稻蛋白二硫键异构酶基因沉默载体构建及其转基因后代的高温结实特性分析

采用RT-PCR法亚克隆了PDI基因保守区内450bp的靶标序列作为干扰区段,构建了含有内含子hpRNA(ihpRNA)的双元表达载体pTCK303-RiOsPDI,经农杆菌介导转化日本晴,获得转基因植株;通过在T0代对其潮霉素(Hyg)抗性基因的PCR鉴定,确定携带有干扰片段的T-DNA区已整合到水稻基因组中,且在转基因T1代符合3∶1的分离模式。半定量PCR和荧光定量PCR的检测结果表明,PDI基因沉默转基因阳性植株不同器官中的PDI表达量均显著降低,尤其是其籽粒中表达量较微,几乎能引起靶基因80%左右沉默。对转基因T2代植株的高温结实特性和籽粒理化品质的检测结果,PDI基因沉默会引起高温胁迫处理下结实率的大幅度降低,耐热性显著下降,但其在常温处理下的结实率与对照之间无显著差异。此外,PDI基因沉默后,稻米的透明度下降、垩白度增加,但对籽粒粗蛋白总量和直链淀粉含量的影响不甚明显。

不同含青度清甜香型烤烟致香物质分析与感官质量评价

以云烟87中部叶为供试材料,研究了不同含青度(CK:CF3;T_(1):轻度含青;T_(2):中度含青)对烤后烟叶致香物质含量与感官质量的影响。结果表明:烤后烟叶T_(1)和T_(2)含青处理有利于提高清甜香型烟叶醇类、酮类致香物质的含量,但不利于提高醛类、酯类和杂环致香物质的含量;不同含青度烤后烟叶致香物质含量在一定程度上可以反映烟叶的成熟度和含青度,含青烟叶的新植二烯含量较低;从总类致香物质总量来看,T_(1)处理的含量最高(1016.84μg/g),CK的居中(946.07μg/g),T_(2)处理的含量最低(936.32μg/g);感官质量评价以T_(1)处理最佳,其次是CK,T_(2)处理最差;工业可用性以T_(1)处理和CK较好。综上,烤后烟叶感官评吸质量评价是多种致香物质共同作用的结果,而非某一类致香物质,适当的含青度有利于彰显烟叶清甜香型风格,可提高烤后烟叶总类致香物质的总量、感官质量和工业可用性。

有机肥和化肥对烟叶气体交换、叶绿素荧光特性及叶绿体超微结构的影响

【目的】本文以烤烟K326为材料,探讨了在不同叶龄时期有机肥与化肥在烟叶气体交换参数、叶绿素荧光特性、叶绿素含量及叶绿体超微结构等方面的差异,以期从光能利用(宏观)及叶绿体超微结构(微观)方面,揭示两种肥料配比对烟叶光合作用的影响机制,同时为探索烟叶高产优质栽培模式提供理论依据。【方法】以蛭石为栽培基质进行盆栽试验。设施用烤烟专用有机肥(N∶P2O5∶K2O为9∶9∶10,有机质≥70%,中、微量元素≥12%)和施用普通尿素两个处理。烟草为工厂化无毒育秧苗,叶龄(叶龄从叶片长约2 cm时算起)15天、30天、45天、60天和75天取样或测定自上而下第6~8片叶。用Li-6400(美国)便携式光合仪测定烟叶的净光合速率,蒸腾作用与气孔导度。使用M系列调制叶绿素荧光成像系统Maxi-Imaging-PAM(德国)测定叶绿素荧光参数。用C-7000透射电子显微镜观测叶绿体超微结构并拍照,用软件Auto CAD 2004计算淀粉颗粒在叶绿体中所占的相对面积比Ra,叶绿体基粒片层的统计方法据Goodenough等改进的Teichler-Zallen法。【结果】有机肥对烟叶叶绿素含量及光合速率的影响显著,在叶龄60天时,其叶绿素含量比普通化肥高136.1%;在叶龄75天时,其烟叶净光合速率、气孔导度及蒸腾速率分别比普通化肥处理高135.3%、84.5%和51.3%,叶绿素荧光参数Y[Ⅱ]和q L分别比普通化肥处理高22.2%和39.5%,Fv/Fm在叶龄60天时比普通化肥处理高18.7%,而NPQ值在叶龄45天时普通化肥比有机肥处理高23.3%。叶绿体内孕育的淀粉粒随叶龄的增加而逐渐膨大,期间伴随着淀粉粒在叶绿体中所占的面积比例(Ra值)越来越大,两处理Ra值差异明显,尤其是在叶龄45天时,化肥栽培下的烟叶Ra值比有机肥栽培高31.8%。有机肥处理的叶绿体呈梭形,长宽比大,而普通化肥种植的叶绿体形态近圆形,长宽比小。【结论】施用有机肥可显著提高烟叶叶绿素含量及光合速率,且随叶龄的增加,有机肥的作用效果日趋明显。叶绿素荧光参数的差异表明,增施生物有机肥可延缓烟株衰老、提高烟叶光能利用效率。两种施肥方式下,淀粉颗粒Ra值的差异不能说明施用化肥可提高烟叶合成淀粉的能力。与普通化肥处理下的烟叶相比,有机肥可显著提高叶绿体基粒垛叠数大于10的片层占基粒垛叠片层总数的百分比。

采收成熟度对提高上部烟叶可用性的影响——基于细支卷烟原料需求

为提高上部烟叶工业可用性,满足细支卷烟对高香气、高满足感烟叶原料需求,以云烟87和K326为材料,以常规采收为对照,设置延迟采收4、8 d 2个成熟度处理,分析采收成熟度对上部烟叶外观质量、化学指标及感官质量的影响。结果表明:云烟87品种上部烟叶延迟采收4 d,可以加深烟叶颜色,提高油分含量和色度,改善烟叶感官评吸质量,提高烟气圆润感、柔和程度,烟叶化学成分更加协调,更加符合细支卷烟对高香气、高满足感原料的需求;推迟8 d采收,烟叶工业可用性有降低趋势。K326品种延迟采收,烟叶颜色加深,但烟叶理化品质、外观及内在评吸质量均随着采收时间延迟而下降,枯焦气、刺激性和干燥感增加。因此,适度提高云87的采收成熟度,可改善其上部烟叶香气质,提高烟气的满足感,符合细支卷烟对烟叶原料需求方向。

采收成熟度对烘烤过程烟叶色素降解及抗氧化系统的影响

设置3个采收成熟度(尚熟、成熟、完熟)处理,对烘烤过程烟叶叶绿素和类胡萝卜素降解规律、抗氧化酶活性和相对电导率的变化进行系统研究。结果表明,(1)各个色素组分降解主要发生在变黄中后期(24~72 h),色素降解速率和烟叶变黄速率随着成熟度的提高而提高;(2)烟叶丙二醛(MDA)含量随烘烤进程逐渐升高,在72 h时达到峰值,成熟烟叶中的MDA含量低于尚熟和完熟烟叶处理;(3)不同处理烟叶抗氧化酶[过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)]活性均在随烘烤进程呈先升高后降低的趋势,且活性在变黄期达到峰值,成熟处理烟叶中的POD、T-SOD、CAT活性均表现出较高水平;(4)不同处理烟叶相对电导率随烘烤进程逐渐上升,完熟烟叶的相对电导率显著高于尚熟和成熟烟叶,定色中后期烟叶相对电导率明显增大,以成熟处理烟叶相对电导率最小。成熟烟叶的色素降解比例较大,MDA含量较低,抗氧化酶活性较高,相对电导率较低,说明成熟烟叶细胞膜的完整性更好,有利于烟叶细胞内部物质的生理生化转化。

打顶及外源α-萘乙酸对烤烟钾素吸收与再分配的影响

【目的】研究打顶及外源α-萘乙酸(NAA)对烟叶钾素吸收、积累及再分配的影响,为烤烟营养和品质调控提供参考。【方法】采用盆栽试验,设置打顶、留顶和NAA处理,在不同时期探讨其对烟株钾素的吸收和积累、再分配的影响。【结果】打顶加速烟叶、茎秆和根系干物质的积累,提高根系及前期中部叶和茎秆的钾含量,降低上部叶及后期中部叶和茎秆钾含量;利于促进钾素在烟叶、茎秆和根系中的积累;促进钾素向烟叶分配;降低烟株钾素生物利用率,提高烟株钾素经济利用率。打顶期施用外源NAA可明显提高烟株干物质的积累量,提高前期中部叶和后期根系的钾含量,但降低上部叶、茎秆的钾含量;提高烟叶、茎秆和根系中钾的积累量,促进钾素在烟叶中的分配,提高烟株钾素生物利用率和经济利用率。【结论】打顶期施用外源NAA有助于保持烟株内源激素的平衡,增加烟叶钾积累,促进钾素的吸收与再分配,改善烟叶品质。

混施有效微生物群(EM)及土壤改良剂对烤烟农艺性状及品质的影响

为研究有效微生物群(effective microorganisms,EM)和土壤改良剂混施在烤烟生产上的效果,采用田间随机区组试验调查了混施EM菌和土壤改良剂对烤烟大田期农艺性状及烟叶产量和质量的影响。结果表明:混施EM菌和土壤改良剂可促进烟株田间长势,在烤烟成熟期表现尤为明显;在常规地膜移栽和井窖式移栽模式下,混施EM菌和土壤改良剂可提高烟叶产量并优化其等级结构,其中,产量分别达到1 909.31kg/hm2和2 134.91kg/hm2,较对照分别提高5.21%和7.13%,产值分别达到29 460.69元/hm2和35 162.05元/hm2,除去EM菌和土壤改良剂施用成本后,产值较对照分别提高3.84%和8.72%;在化学成分方面,混施EM菌和土壤改良剂可提高初烤烟叶烟碱、钾和氯含量,降低总糖含量、施木克值和糖碱比,提高两糖比(还原糖/总糖),降低两糖差值;混施EM菌和土壤改良剂可提高烟叶评吸质量,评吸总得分分别提高2.30和2.67。综上所述,混施EM菌和土壤改良剂在优化烟叶等级结构、提高烟叶产质量上具有实用价值。

微生物有机肥结合土壤改良剂改善上部烟叶品质研究

为研究微生物肥(effective microorganisms,简称EM菌)和土壤改良剂混施在提高上部烟叶可用性方面的施用效果,本研究采用田间随机区组试验的方法调查了混施EM菌和土壤改良剂对上部烟叶外观品质、化学成分及其协调性和评吸质量的影响。结果表明:EM菌和土壤改良剂提高上部烟叶单叶重并降低叶片密度,整体改善烟叶的外观质量,其中,常规地膜移栽和井窖式移栽模式下混施EM菌和土壤改良剂单叶重分别达到12.89g/叶和13.61g/叶,分别比对照提高10.64%和11.41%,叶面积密度分别降低7.65%和3.90%;提高初烤烟叶含氮化合物(烟碱、总氮和蛋白质)含量,降低总糖含量,对还原糖含量影响不明显;降低初烤烟叶施木克值、糖碱比;提高两糖比(还原糖/总糖);提高初烤烟叶评吸质量,主要表现在烟叶香气质、香气量和吃味方面,两种移栽模式下混施EM菌和土壤改良剂初烤烟叶评吸总分分别达到40.1分和40.4分,较对照提高0.8和0.9分。可见,施用微生物肥(EM菌)和土壤改良剂可提高上部烟叶外观质量、化学成分协调性和感官评吸质量。

不同变黄过程烟叶变黄速率及化学成分动态变化

以烤烟K326为材料,对比分析堆积变黄和烘烤变黄过程中烟叶变黄速率和主要化学成分的动态变化规律。结果表明,与烘烤变黄相比,堆积变黄处理的烟叶变黄速率较低,色素降解慢;烟叶烘烤处理72 h,有超过90%的烟叶达到8~9成黄,而堆积变黄处理仅有44%的烟叶达到8~9成黄;在堆积变黄过程中,以总糖和还原糖为主的碳水化合物变化最为明显,其含量随变黄时间的延长而逐渐上升;初烤烟叶中,堆积变黄的烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮含量均明显高于烘烤变黄的烟叶,而其钾和氯含量均不同程度低于烘烤变黄的烟叶。

贵州不同油分烟叶化学成分的差异

分析贵州省烟区8个县烤烟主栽品种K326不同油分烟叶中的烟碱、总糖等主要化学成分的含量及其协调性。结果表明,多油分烟叶比少油分烟叶的烟碱、总氮和蛋白质含量低,总糖和还原糖含量高,施木克值高,糖碱比较协调;氯离子含量较低,钾氯比较高,多油分烟叶具有更优的物质基础。

基于近红外光谱的烟叶烘烤过程质体色素实时监测

质体色素的降解变化是烟叶香气物质形成的基础之一。为解决烟叶烘烤调制过程中质体色素无法快速准确测定的问题,基于近红外光谱技术(NIRS)的优势,利用竞争自适应重加权采样法(CARS)进行光谱特征波长选择,并结合偏最小二乘法(PLS)构建了烟叶烘烤过程叶绿素和类胡萝卜素含量的动态变化模型。结果表明,CARS-PLS模型能获得较全谱偏最小二乘(PLS)、连续投影偏最小二乘(SPA-PLS)、遗传算法偏最小二乘(GA-PLS)及蒙托卡洛无信息变量删除偏最小二乘(MC-UVE-PLS)更好的模型性能,其烟叶叶绿素和类胡萝卜素模型预测相关系数分别为0.924、0.908,预测均方根误差分别为0.789、0.321μg/cm^(2),模型能满足实时定量分析的需要。因此,采用NIRS技术结合CARS-PLS能快速准确测定烘烤过程烟叶质体色素的变化,可为烟叶密集烘烤调控提供参考依据。