LED光质影响微藻生长和代谢产物积累的研究进展

光质是影响微藻生理代谢的重要环境因子之一,它会影响微藻的生长发育、光合作用及代谢产物的积累等。发光二极管(light emitting diode,LED)作为一种新型冷光源,因具有能耗低、稳定性强、颜色多变、安全环保等优点而被广泛应用,且能按需求获得单色光与复合光谱,是一种非常适合于微藻培养的人工光源。已经有越来越多的研究者和企业关注LED光质在调节微藻生长和代谢产物积累方面的优势。该文对现有文献进行整理,重点综述了LED不同光质对微藻生长及代谢产物积累的影响。在LED单色光(红光、蓝光、绿光、黄光和橙光)中以红光和蓝光对不同类群微藻生物量和代谢产物积累的提升最为显著;而LED混合光,特别是红蓝光往往比单色光更能增加微藻生物量和代谢产物的积累。然而,微藻的光合作用、生长及代谢产物积累的最佳光质在不同类群和同一物种的不同藻株中通常有很大差异。未来,LED光质在微藻生产中的应用应该着重从光质影响微藻代谢产物积累的分子机制、开发新型高效LED光源、开发基于LED光质调节的高效光生物反应器、LED光质应用于微藻大规模培养等几个方面开展。

走马胎灰分对光的响应特征及其与生长指标的相关性

为探究光照强度和光质对走马胎(Ardisia giantifolia)灰分积累的影响,利用遮阳网和薄膜设定4个光照梯度(100%、60%、40%、20%全光照)和4种光质(绿、白、蓝、红),分析了基径、株高以及生物量的响应特征,以及灰分与生长指标的关系。结果表明,走马胎灰分含量在绿光下随着光照强度的减弱而呈减少的趋势,在白光下随着光照强度的减弱呈现“低-高-低-高”的波动变化,在蓝光或红光下没有显著变化;在100%光照强度下,白光的灰分含量最低,与其余光照强度存在显著差异;在60%、40%、20%光照强度下,光质对走马胎灰分含量的影响不显著。走马胎灰分含量与株高、基径和生物量间不存在明显的相关性;随着光照强度的减弱,走马胎的株高、基径以及生物量均呈现增加的趋势,且在白光下达到最大。因此,光照对走马胎灰分的积累和生长指标均有影响,种植走马胎时要选择适当遮荫强度或郁闭度较高的林型。

液晶包层波导技术研究进展

液晶包层波导以波导为载体、以液晶为工作物质,包层中的液晶通过倏逝波调控芯层中的波导模式。相比于传统液晶器件,液晶包层波导能够巧妙解耦光线调制距离与液晶层厚度,并基于表面层液晶作用显著降低液晶回弹时间,具有调制幅度大、响应速度快的优势。本文综述了液晶包层波导技术在光束扫描、傅里叶变换光谱领域的研究进展,并展望了液晶包层波导技术在可重构光子器件领域的应用前景。不同的宏观应用表现均源于液晶包层对波导模式的微观调控。凭借独特的工作方式,液晶包层波导赋予了宏观应用新的技术优势。本综述为新型液晶光束调控方法提供一种重要的研究思路。

不同苜蓿品种叶片特征、光合生理特性与产量性状的比较

以国内外引进的8个紫花苜蓿(Medicago sativa L.)品种为试验材料,对比研究不同品种的叶片特征、产量性状和光合生理特性,采用相关性分析和通径分析法,探讨其与产量的关联性,以期为高产紫花苜蓿种质的筛选提供依据。结果表明:供试紫花苜蓿品种单株干重的变幅为0.88~1.21 g;各性状与单株干重的相关性按大小排序依次为:单株叶干重>比叶重>蒸腾速率>单株叶片数>叶形指数,单株叶干重是最突出的叶片特征指标。对单株干重的影响程度从大到小依次为:比叶重>气孔导度>可溶性蛋白>株高>蔗糖>可溶性糖>叶绿素总量,其中,比叶重是单株干重的主要决定因子。综上,高产紫花苜蓿种质筛选的重要指标包括:单株叶干重和比叶重,8个紫花苜蓿品种中‘甘农9号’、‘WL319HQ’和‘SG501’的单株干重、单株叶干重和比叶重均较大,可作为高产种质在育种工作中加以研究利用。

河南省新乡地区金龟甲发生动态及影响因子分析

为明确河南省新乡地区农田地下害虫优势种群组成、发生动态及影响因子,本研究于2015-2021年间利用虫情测报灯对该地区的金龟甲进行了监测。结果表明铜绿丽金龟Anomala corpulenta Motschulsky和暗黑鳃金龟Holotrichia parallela Motschulsky为河南新乡小麦-玉米/花生1年2熟制农田地下害虫的优势种群,且暗黑鳃金龟的年度诱虫量及其在混合种群中的占比呈逐年增加趋势。金龟甲的发生在不同年份呈现单峰或双峰,暗黑鳃金龟发生盛期表现出明显的隔日出土现象即双倍节律。相较于暗黑鳃金龟发生期的6月中旬至9月上旬,铜绿丽金龟的发生期相对较短,在6月下旬至8月下旬。同时暗黑鳃金龟高峰日也晚于铜绿丽金龟,其中高峰日最多差22 d。金龟甲的发生与环境降雨、湿度、温度相关。本研究为新乡地区乃至黄淮海农田地下害虫的危害预警和综合治理提供数据支撑。

艺术照明在适老光环境设计中的应用研究

随着我国进入老龄化社会,提升适老居住与生活环境品质成为一项重要社会课题。本文针对二十一世纪以来照明技术和前沿视觉科学的进展,探讨了光环境对老年人生物节律的影响,特别是心理、生理健康方面的变化。同时,本文还探讨了艺术照明与传统照明设计的差异,强调利用光艺术改善空间的视觉表现和光环境氛围的同时,还可对老年人的感知和情绪调节等方面产生积极影响。本文聚焦艺术照明在实现适老光环境中的作用,探讨其设计方法、媒介形式及指标参数等对老年人心理、生理健康的影响,提出具有实践及社会意义的设计方法和建议。

不同光源条件下与花生株高变化相关基因的转录组分析

【目的】为了探究不同光源条件下与花生株高变化相关的基因。【方法】以冀花5号(直立型)和开选01-6(匍匐型)品种为研究材料,分别在LED光和自然光两种培养条件进行盆栽试验。【结果】冀花5号在强光条件下株高显著变矮,而开选01-6变化幅度不大,表明冀花5号对光照反应相对敏感。转录组的PCA结果显示LED光源下冀花5号和开选01-6距离相对较近,自然光源下冀花5号和开选01-6距离较近,说明光照对基因表达的影响大于基因型间的差异影响。GO和KEGG注释分析发现不论在差异表达数目、基因类型或主要响应的调控网络上,冀花5号和开选01-6对不同光源的响应存在显著差异,尤其差异基因在植物昼夜节律相关的通路上显著富集,暗示着植物昼夜节律调控网络对株型的形态建成至关重要。进一步分析发现分别有16个和19个植物昼夜节律相关基因在开选01-6和冀花5号中特异响应,分别有6个和17个植物激素信号转导相关基因在开选01-6和冀花5号中特异响应,表明这些基因在花生株型形态建成中起着关键调控作用。【结论】昼夜节律调控途径是调控株高变化的主要途径,植物生长激素信号在其中也起了关键作用。以上研究结果对育种家深入理解不同光源条件下花生株型的形态建成具有重要的参考价值。

基于MobileViT的岩石薄片图像岩性识别方法研究

岩石薄片图像中包含了大量肉眼无法观察到的地质特征信息,对岩石薄片图像的岩性识别结果为后续的石油勘探和开发奠定了基础。针对岩性识别数据集不均衡、识别模型参数多等问题,提出一种改进的轻量化MobileViT模型,该模型针对涵盖了90%以上常见岩性的岩石薄片图像进行建模分析。首先,为使模型更好地学习到每类岩石薄片图像中所包含的独特特征,对数据集进行数字增加。其次,使用GELU替换MobileViT中MV2模块中常规ReLU6,从而作为该模块的激活函数,有效解决神经元死亡的问题,提升模型的收敛速度。最后,划分训练集和测试集,使用余弦退火算法自动更新学习率,以迁移学习加速训练过程,实现岩石薄片图像中针对岩性的自动识别。实验结果表明,改进后的MobileViT对岩性识别的准确率达82.9%,模型的参数仅为7.66M,通过实例验证该算法具有较好的鲁棒性。

温室园艺LED照明研究与应用现状

LED作为设施园艺光环境调控的优选光源和手段,节能、精准、长寿命且光效率高,可通过光质及其光强和光周期等光照属性的控制,调控植物光合作用和光形态建成,调节设施园艺作物生长发育、生物量和果实产量、开花及农产品品质,获得温室补光的效益。而且,基于时空光环境调控带来的显著效益,动态照明和立体照明应运而生,方兴未艾,应用前景广阔。本文总结了温室LED照明产品和应用领域,提出了动态照明和立体照明技术概念,总结了光质、光强和光周期植物调控的研究进展,重点阐述了光质调控植物园艺作物生长发育、产量、开花及农产品品质的研究进展,对未来温室LED补光产业发展前景进行了展望。

光调控对药用植物次生代谢成分合成的影响

药用植物次生代谢成分,因具有特殊的药理活性或功效对人类的健康极为重要,是药品、保健品、化妆品的主要来源。随着人类对于健康和长寿的不断追求,医药市场的需求规模持续增长,提高药用植物次生代谢成分的产量和质量变得特别重要。植物次生代谢成分是植物对环境的一种适应,是在长期进化过程中植物与生物和非生物因素相互作用的结果。药用植物次生代谢成分的产生和积累主要受植物遗传因素和环境因素的影响,其中光环境对其合成影响尤为重要,因而,长期以来光调控一直是国内外众多学者研究的热点。本文综述近年来有关光调控对药用植物次生代谢成分影响的研究进展,主要从光质、光强、光周期的影响分别阐述,以期为高效生产具有重要药理活性的次生代谢成分提供理论依据和实践指导。

N-CDs@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

通过工艺简单的水热法成功制备出N-CDs和不同含量N-CDs修饰的N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC进行XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和UV-vis DRS等表征分析。结果表明,经过N-CDs改性之后Nb_(2)O_(5)-AMMC的带隙变窄,样品的吸收边红移和光吸收范围变宽,从而有利于提高光催化性能。另外,N-CDs减少了电子传输的阻力,有利于光生电子向N-CDs结构的转移,同时光生载流子的迁移及分离效率提高,有利于光催化反应的进行。与纯Nb_(2)O_(5)-AMMC相比,N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC在可见光下光催化降解TC-HCl的性能均有提高,其中样品N-CDs-1@Nb_(2)O_(5)-AMMC的降解效率最高,1 h内对TC-HCl的降解率能达到63.2%,是纯Nb_(2)O_(5)-AMMC的1.59倍。

一种Y型延迟荧光分子及其蓝光和绿光OLED应用

以噻吨酮作为受体、3,6-(二咔唑基)三咔唑作为给体设计合成了一种具有延迟荧光特性的Y型分子(TX-TCz)。模拟计算表明化合物HOMO和LUMO能级完全分离且在苯环上存在较小的重叠,有助于获得小的S1和T1的能级差ΔEST。随着溶剂极性的增加,化合物发射峰发生明显的红移且由于电荷转移态和局域激发态的共存产生了双峰发射。在纯膜中TX-TCz的发射峰位于513 nm,量子产率为11.5%。基于低温下荧光和磷光发射峰,计算得到化合物的ΔEST为0.03 eV,并且检测到µs级的寿命,说明化合物具有延迟荧光发射。与此同时,化合物展示了良好的热稳定性能和电化学性能,有助于制备高性能OLED器件。其在掺杂浓度为5%(wt)的器件中展示了良好的蓝光性能,发射峰位于463 nm,最大外量子效率为1.53%;在非掺杂器件中展示了良好的绿光发射(522 nm),最大外量子效率达到1.81%。

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

新伊高速毗邻隧道遮阳棚光环境及降碳分析

为减少由光照强度差异引发的交通事故,以新伊高速公路工程为依托,在宋家凹—水沟河毗邻隧道连接段设置钢筋混凝土与钢结构组合形式的遮阳棚,计算限行速度下遮阳棚的长度,运用DIALux仿真软件对不同时间点下的2种工况进行研究,并采用碳排放因子法分析不同工况下的碳排放量。结果表明:该毗邻隧道连接段遮阳棚长度为100 m。设置遮阳棚后,路面照度降低率达到57.97%,照度总均匀度大于0.4,现场实测值与模拟值误差在10%范围内,均满足相关标准的要求。此外,设置遮阳棚后,每年减少碳排放量82.56 t CO_(2)e,运营2.8 a后可弥补建造时产生的碳排放,建设成本将在3.7 a后收回。在使用寿命期内,可减少碳排放量3 795.74 t CO_(2)e,节约成本577.31万元,实现了减排和节约成本的双重效果。

基于轻型自限制注意力的结构光相位及深度估计混合网络

相位提取与深度估计是结构光三维测量中的重点环节,目前传统方法在结构光相位提取与深度估计方面存在效率不高、结果不够鲁棒等问题。为了提高深度学习结构光的重建效果,本文提出了一种基于轻型自限制注意力(Light Self-Limited-Attention,LSLA)的结构光相位及深度估计混合网络,即构建一种CNN-Transformer的混合模块,并将构建的混合模块放入U型架构中,实现CNN与Transformer的优势互补。将所提出的网络在结构光相位估计和结构光深度估计两个任务上进行实验,并和其他网络进行对比。实验结果表明:相比其他网络,本文所提出的网络在相位估计和深度估计的细节处理上更加精细,在结构光相位估计实验中,精度最高提升31%;在结构光深度估计实验中,精度最高提升26%。该方法提高了深度神经网络在结构光相位估计及深度估计的准确性。

全面供光策略调控废水培养光合细菌产单细胞蛋白

为拓展蛋白质来源,缓解中国饲料蛋白资源短缺现状,该研究通过供光策略调控强化了沼泽红假单胞菌(R.palustris)从废水中回收菌体资源及单细胞蛋白(single cell protein, SCP)的效果,并解析了不同供光策略下物质合成与污染物降解之间的相关性。结果表明:在白炽灯、120μmol/(m^(2)·s)的光强及18 h光/6 h暗(L/D)的光周期条件下菌体的生物量及日产量可达(1 140.56±19.72) mg/L及(0.32±0.02) g/(L·d),相较于24 L/0 D、 3 L/21 D及9 L/15 D组分别提高了17.06%~93.21%、54.43%~299.93%(P<0.05);在白炽灯、120 μmol/(m^(2)·s)的光强及3 h光/21 h暗的光周期条件下,菌体的蛋白质质量分数最高,为67.47%,相较于其他所有试验组提高了21.96%~44.54%(P<0.05)。化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)和氨氮(ammonia nitrogen, NH_(4)^(+)-N)去除率在白炽灯、120 μmol/(m^(2)·s)的光强及18 h光/6 h暗的光周期条件下可达72.03%~78.40%。相关性分析表明,光强、光质分别与蛋白质含量及浓度呈显著负相关;而光周期与蛋白质浓度呈显著正相关,因此,光周期是R. palustris从废水体系中提升SCP产量的有效调控方法。该研究为提高废水体系中光合细菌合成SCP提供了新的方法与思路。

基于线结构光扫描的烟支表面缺陷检测方法研究

在烟支表面缺陷检测时,为解决传统二维图像方法无法获得深度信息的问题,提出一种基于线结构光传感器旋转扫描的检测方法。烟支在两同向辊轮的旋转带动下实现自转,通过线结构光视觉传感器获取物体轴向轮廓线,使用随机采样一致性拟合轮廓线,通过计算原始点到拟合轮廓的距离判断缺陷点。选取某品牌烟支在检测过程中得到的原始数据,其中多组样本的Kappa值均达到0.97,重复性达到99.3%。研究为烟支缺陷检测提供参考。

光强非线性响应下的光致热弹光谱光强修正

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号,采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号,通过多项式拟合谐波信号背景,反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明,当光强从22.03 mW变化至3.16 mW,谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系,线性相关系数大于0.998,归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量,系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应,谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法,可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法

针对厚板结构件在使用激光视觉系统时图像特征区域提取难和工件表面加工不均匀漫反射等导致特征点提取困难的问题,提出基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法。首先,激光视觉系统获取焊缝图像并使用YOLOv4算法进行预训练,利用训练获取的权重文件自动检测并获取焊缝特征感兴趣区域(ROI);其次,对ROI进行降噪、二值化等处理,通过逐行(列)搜索法得到焊缝中心线;最后,根据不同焊缝类型,基于最小二乘法使用距离法和直线段聚类的方法来提取特征点。实验结果表明:该方法可有效提取不同类型的焊缝特征点,具有鲁棒性强、识别误差小等特点。

激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。