设施生菜光合和蒸腾速率影响因素分析与预测模型构建

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光合速率及蒸腾速率预测模型。针对幼苗期生菜,选择温度、相对湿度、光子通量密度(Photosynthetic photon flux density, PPFD)及CO_(2)浓度共4个环境影响因素,采用随机森林方法对数据进行相关性分析。结果表明,与蒸腾速率相关性由大到小的因素依次为CO_(2)浓度、温度、相对湿度、PPFD,与光合速率相关性由大到小的因素依次为CO_(2)浓度、PPFD、温度、相对湿度;采用枚举法确定隐藏层节点数和训练函数,通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建GA-BP神经网络生理指标预测模型。应用测试数据对模型进行验证,光合速率及蒸腾速率预测值与实测值的决定系数分别为0.962 12、0.979 44,均方根误差(RMSE)分别为2.983 2μmol/(m^(2)·s)、0.001 435 8 mol/(m^(2)·s),表明GA-BP神经网络在模型精度和迭代次数方面性能显著提高。研究结果可为设施生菜生产环境调控提供有效依据。

UV-B不同剂量辐照下生菜生长和代谢组学分析

以奶油生菜为研究材料,在植物工厂人工光源中设置3种紫外线B(UV-B)剂量[0、8.64、17.28 kJ/(m^(2)·d)]处理,利用广靶代谢组学技术,分析不同剂量UV-B辐照下生菜叶片中的差异代谢物质,研究UV-B辐照对生菜生物量、光合参数和次生代谢物的影响。结果表明,与0剂量相比,低剂量UV-B处理对生菜生物量、光合参数均未产生显著影响,代谢组检测到30种差异代谢产物,主要为生物碱、酚类、萜类等物质,其中9种上调表达,21种下调表达;高剂量UV-B处理显著降低了生菜地上部干重、地下部干重、气孔导度和蒸腾速率,但地上部鲜重、净光合速率均未呈现显著差异,共检测到35个差异表达代谢物,其中21种上调表达,14种下调表达,上调表达的代谢物主要为黄酮类、单萜等,生菜叶片槲皮素含量在低剂量、高剂量UV-B处理下均显著增加。研究结果可为利用UV-B辐照提高设施生菜营养品质提供理论依据和参考。

尾菜发酵液对生菜生长的影响机理

目的将尾菜发酵制成液体肥料及土壤调理剂,解决大量设施尾菜处理难题,促进废弃物合理利用。方法将番茄藤蔓打碎后添加酶、红糖,经厌氧发酵制成发酵液,测定主要成分;以乳酸,硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸钾代替发酵液中有机酸和养分,进行生菜盆栽试验。结果施用发酵液、乳酸与肥料均会使土壤速效养分含量上升,与对照组相比,100%发酵液能使土壤中速效磷增加29.8%,67%发酵液处理使速效钾提高20.9%;发酵液的施用不仅提高了生菜产量,而且改善了生菜品质,施用后使生菜叶片中可溶性糖含量增加,并降低了叶片中的硝酸盐含量。结论尾菜发酵液对生菜生长的效果以乳酸对土壤速效磷、速效钾养分的活化作用为主,从而提高土壤养分含量并增加作物产量,同时发酵液能够改善生菜农艺性状。

水培生菜中锶的迁移富集及其生理影响

目的:研究锶(Sr)在生菜中的迁移富集情况,以及Sr对生菜吸收其他主要营养元素、生菜鲜质量和叶绿素的影响,定量分析Sr在生菜组织中的分布。方法:采用水培方式培养生菜,设置1个对照组(不添加Sr)和5个Sr处理组(0.1、0.5、1、5和10 mmol/L)。使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)检测生菜茎叶和根组织中Ca、Fe、K、Mg、Na、P、S和Sr元素的含量,采用叶绿素测定仪检测生菜的叶绿素相对含量,扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDX)分析生菜叶片和根部组织细胞中Sr的分布。结果:生菜茎叶中的Ca、S、Sr和根中Sr的质量分数在不同浓度Sr处理组间的差异具有统计学意义(P<0.05)。在5和10 mmol/L Sr处理下,S的迁移系数(TF)低于对照组(P<0.05);随Sr处理浓度的增加,Sr的TF值降低。5和10 mmol/L Sr处理下,水培液中S的浓度与对照组相比显著降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。与对照组相比,5和10 mmol/L Sr处理下生菜的叶绿素相对含量(SPAD)显著升高,差异有统计学意义(P<0.05)。生菜组织中Sr的质量百分比分布大致为:叶表保卫细胞>表皮,叶横切面叶肉≈表皮,根横切面表皮>中柱鞘>韧皮部。结论:Sr在生菜根部的质量分数大于茎叶部分;Sr处理浓度的增加,使得从生菜根部向叶片迁移的Sr占比降低,并且生菜根部S的质量百分比增加,叶片的SPAD值增加;生菜根部吸收的Sr主要固定在根部的表皮。

外源甜菜碱对高温胁迫下生菜种子萌发的影响

本研究以生菜高温敏感品种“黑木耳”为试验材料,研究外源甜菜碱对高温胁迫下生菜种子萌发的影响。结果表明,高温胁迫下,经过甜菜碱预处理后的生菜种子发芽率、发芽指数和种子活力与对照相比均显著提高。对种子相关生理指标进行测定,发现丙二醛(MDA)、过氧化氢(H_(2)O_(2))和超氧阴离子(O_(2)^(·-))与对照相比含量显著下调,而脯氨酸(Pro)含量增加,同时过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)三种酶活性显著上调。说明高温胁迫导致生菜种子中活性氧(ROS)水平升高并引起过氧化反应从而抑制种子萌发,外源甜菜碱可以通过增强抗氧化系统、清除活性氧,以及累积Pro,进而提高生菜种子的耐高温能力,起到很好的种子引发作用。

基于图像处理的水培生菜冠层图像叶面积估测研究

为实现精准、高效、无损地获取植物工厂环境下水培生菜相关长势参数叶面积(Leaf area,LA),基于数字图像处理和机器学习回归方法建立单株水培生菜冠层图像LA估测模型。首先,通过智能手机获取2个生菜品种不同生长期的冠层可见光图像,利用Photoshop图像处理软件将原始图像统一剪裁为900像素×900像素大小,采用中值滤波(MedianBlur)法对剪裁后的图像进行去噪运算,将RGB图像转化为HSV颜色空间,再采用mask掩膜法分割彩色图像;然后,利用图像法获取单株生菜LA实测值,构建以LA实测值为因变量,以生菜冠层投影面积(Projected leaf area,PLA)为自变量的线性回归(Linear regression,LR)模型和以全局图像特征(颜色、形状、纹理等)为自变量的支持向量回归(Support vector regression,SVR)、多元线性回归(Multiple linear regression,MLR)和随机森林(Random forest,RF)等LA估测模型进行对比分析;最后,采用决定系数(Coefficient of determination,R^(2))和均方根误差(Root mean square error,RMSE)评估模型的准确性。结果表明:RF模型估测效果最好,对于生菜品种‘绿萝’单株LA估测结果的R^(2)为0.9714、RMSE为8.89 cm2,对于品种‘碧霄’估测结果的R^(2)为0.9201、RMSE为23.34 cm2。本研究验证了RF回归模型能够较准确地估测生菜单株叶面积,可为植物工厂水培生菜LA无损估测提供新的解决方案和研究基础。

上海市某区生菜中阪崎克罗诺杆菌的半定量风险评估

为了评估上海市某区居民通过生菜暴露阪崎克罗诺杆菌(Cronobacter sakazakii)的健康风险,本文按照微生物风险评估的程序,应用半定量风险评估工具Risk Ranger和sQMRA软件,结合居民膳食消费量数据进行评估。预计上海市某区健康成人每人每天因进食污染了阪崎克罗诺杆菌的生菜而患病的概率为1.66×10^(-9),每年发病7.63×10^(-3)例,风险系数为9,健康成人的发病概率很低。说明上海市某区即食生菜中阪崎克罗诺杆菌危害为低风险,可维持现有风险控制措施,但需严格执行生产过程风险监测,制定安全事件发生应急预案,并加强对消费者家庭食品安全的科普宣传。本研究为生菜中致病微生物风险评估补充数据,可供定量风险评估和食源性疾病的防控提供科学参考。

养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价

以“奶油生菜”为研究对象,将不同量的山崎配方水溶肥溶于工厂化养鱼尾水,配制成混合营养液,进行营养液膜栽培(NFT)水培生菜实验,以期筛选出最佳水肥配比,为实现工厂化养鱼尾水资源化利用提供理论依据。实验设置5个处理,分别为S1(123g水溶肥+150L养鱼尾水)、S2(98.4g水溶肥+150L养鱼尾水)、S3(73.8g水溶肥+150L养鱼尾水)、S4(49.2g水溶肥+150L养鱼尾水)、S5(24.6g水溶肥+150L养鱼尾水),以CK(123g水溶肥+150L清水)作为对照,探究不同处理对生菜产量和品质的影响。采用基于熵权法的TOPSIS综合效益评价模型分析确定最佳水肥配比参数。结果表明,混合营养液能提高生菜对水肥的吸收量,但随水溶肥浓度增加,生菜耗肥量呈先增大后减小的趋势;不同处理下生菜耗水耗肥量均低于CK处理,S1-S5处理相比CK处理分别节肥25.01%、19.15%、34.12%、51.89%和74.10%。混合营养液能有效促进生菜生长,但生菜各项生长指标均随水溶肥浓度上升呈先增大后减少的趋势,S2处理下生菜产量最高,为1.88kg·m^(-2),相比CK处理增加15.32%。此外,混合营养液可提高生菜品质,可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先增大后减小的趋势,S2处理下生菜可溶性糖和可溶性蛋白含量最高;维生素C(VC)含量、硝酸盐含量均与水溶肥浓度呈正相关,S1处理下VC含量最高,S1-S5处理下硝酸盐含量均低于CK处理。综合效益评价结果表明,S2处理对生菜的生长最为有利,可以获得较高的产量并兼具较好的品质,为最佳配比,养鱼尾水与水溶肥合理配施后,可显著促进水肥吸收,提高生菜产量和品质,实现作物生产效益最佳。

梯度比例有机肥混施复合肥对生菜生长及土壤养分的影响

为探讨在复合肥减量处理下适宜区域生产条件的有机肥投入比例,在当地复合肥习惯用量减量25%的情况下,根据商品有机肥推荐用量设置20%、40%、60%、80%、100%、120%的投入比例,研究复合肥减量混施不同比例有机肥对生菜生长及土壤的影响。结果表明:复合肥减量下,20%、40%投入比例的有机肥处理生菜增产了8.77%、5.65%,20%投入比例下叶片SPAD值、叶片氮含量较对照分别提高了1.33%、1.10%。各有机肥处理均提高了生菜叶片维生素C含量,增幅在7.41%~36.30%,除40%投入比例外,各有机肥处理下叶片蛋白质含量均较对照提高,20%投入比例处理叶片亚硝酸盐含量与对照持平,其余处理较对照提高8.33%~50.00%。各有机肥处理下土壤pH值均降低,40%投入比例处理下,土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效磷较复合肥处理分别提高了3.42%、14.61%、11.11%、14.80%。综上,复合肥减量条件下以20%、40%有机肥投入比例可以促进生菜增产,提高生菜品质,40%投入比例可以提高土壤养分含量,在生菜种植中可在复合肥减量时配施20%、40%有机肥。

生菜LsMYB4基因在拟南芥中异位表达并提高其耐旱性的研究

MYB转录因子家族是植物中较大的转录因子家族之一,它们以含有保守的MYB结构域为共同特征,广泛参与植物非生物胁迫的应答。前期工作中,作者从紫色生菜(Lactuca sativa L.)申选5号基因组中分离了LsMYB4全长基因。该研究构建了LsMYB4过量表达载体并转化拟南芥,利用潮霉素多代筛选获得了遗传稳定的T3代纯合株系。培养基实验表明,LsMYB4转基因拟南芥对ABA超敏感,而对甘露醇表现出明显抗性。土壤实验证实LsMYB4基因的超量表达可以显著提高转基因拟南芥的耐旱性。生理生化及扫描电镜结果也进一步证明LsMYB4在植物抗旱方面具有正向调控作用。

复配保鲜剂处理对鲜切生菜的护色效果

为明确柠檬酸与抗坏血酸钙复配处理对鲜切生菜的护色效果,将质量分数分别为0.1%,0.2%的柠檬酸与质量分数分别为0.5%,1.5%,2.5%的抗坏血素酸钙复配成6种保鲜剂,然后分别浸泡处理鲜切生菜2 min,定期测定生菜的感官品质、失重率、褐变指数、维C含量。结果表明,在4℃条件下,柠檬酸与抗坏血酸钙复配处理对鲜切生菜的护色效果显著,且能维持鲜切生菜良好的感官品质和较高的维C含量。其中,以0.1%柠檬酸+0.5%抗坏血酸钙、0.1%柠檬酸+2.5%抗坏血酸钙复配处理表现最好,保鲜期14 d。建议生产上采用0.1%柠檬酸+0.5%抗坏血酸钙复配对鲜切生菜进行护色,7 d内生菜褐变指数最低为13.7%,14 d时褐变指数为16.7%,且感官品质佳,无腐烂、萎蔫、黄化。该研究结果为鲜切生菜的加工护色提供了有效参考。

液体粪肥替代化学氮肥在生菜生产上的应用效果初探

为探明液体粪肥在生菜生产上的具体应用效果,特开展了液体粪肥替代化学氮肥在生菜上施用的肥效对比试验。结果表明:与常规施肥处理相比,每667 m^(2)施用2000.0 kg液体粪肥可在减少25%化学氮肥施用量的情况下使生菜增产2.9%、每667 m^(2)净收益增加155.5元、化学氮肥利用率提高4.13%,具有较好的经济效益、社会效益、生态效益。

不同光质下外源硒对水培生菜生长和品质的影响

以‘意大利耐抽薹’生菜为试材,采用水培法,以LED灯为光源,设置红蓝光比例为4∶1(R4B1)、1∶2(R1B2)和全红光(R)、全蓝光(B)4种光质水平和叶面喷施外源硒溶液(0、24、48μmol/L)3种浓度水平,两者完全随机组合,共12个处理,研究不同光质下外源硒对生菜生长发育及品质的影响,旨在为人工光环境下生菜高效栽培和品质提升提供理论依据和技术参考。结果表明:(1)红光更有利于生菜生物量积累、可溶性糖的积累和硝酸盐含量的降低,蓝光更有利于生菜可溶性蛋白质、维生素C、类黄酮和总酚物质的积累;(2)在不同光质下喷施48μmol/L外源硒进一步增强了光质对生菜生长和品质不同的促进效果,其中,在红蓝光比例为4∶1的复合光下喷施外源硒对生菜的生物量、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、类黄酮、总酚物质、硒元素的积累及硝酸盐含量的降低效果最显著;(3)对生菜的生长和品质指标进行主成分分析和主效应分析,结果表明,红蓝光比例为4∶1的复合光配施48μmol/L外源硒的处理综合得分最高,光质与硒对生菜生长和品质的影响效果及二者的互作效果均显著。综合考虑,在红蓝光比例为4∶1的复合光与蓝光下喷施48μmol/L外源硒溶液对生菜的生长和品质的改善效果更好,从光质与硒互作效果看,光质对生菜生长和品质的影响起主导作用,外源硒起调节作用。

不同品种生菜的多酚、黄酮差异比较与抗氧化活性

生菜富含多种酚酸、黄酮类化合物,是获取膳食多酚的良好食物来源。本研究对50个不同品种(34种绿色品种和16种红色品种)生菜中的总酚、总黄酮含量及其抗氧化能力进行测定,同时采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱法和超高效液相色谱法对生菜中17种特征酚酸和黄酮类化合物进行鉴定及含量测定,再结合多元统计分析进行分类和相关性分析。结果表明,红色品种生菜的总酚、总黄酮含量及抗氧化能力高于绿色品种生菜;50种生菜中鉴定出绿原酸、咖啡酸、异绿原酸A/B、菊苣酸、木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、槲皮素-3-O-葡萄糖酸苷和槲皮素-3-O-葡萄糖苷7种多酚类化合物,整体在红色品种生菜中含量更高。多元统计分析结果表明绿原酸、木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷和槲皮素-3-O-葡萄糖苷与抗氧化能力的相关性较高。综上,G21K104、W3088、H20K6457等5个红色新品种及商业种,G21K212、G21K117等4个绿色新品种为高抗氧化活性生菜品种。本研究可为生菜育种、种质资源创新和营养健康、功能性产品开发提供参考依据。

镉胁迫对生菜生长、生理特性及镉富集转运特征的影响

【目的】揭示镉胁迫对生菜生长的影响及毒害机理,为阐明镉的毒理效应提供依据。【方法】以水培生菜品种“四季生菜”为材料,设置镉处理低(25 mg/L)、高(50,100 mg/L)水平,以无镉处理(0 mg/L)为对照(CK),用营养液膜技术(NFT)进行试验,处理7,14,21 d后取样,研究镉处理对生菜的地上部和地下部鲜质量、镉含量、镉富集转运特征、生理指标、抗氧化酶活性、光合色素指标及叶绿素荧光参数的影响。【结果】25 mg/L镉处理前14 d对生菜地上部和地下部鲜质量具有促进作用,21 d时25~100 mg/L镉表现出明显的抑制作用。镉处理生菜的地下部镉含量、富集系数均高于地上部;随着镉质量浓度的升高,富集系数总体呈现下降的趋势;处理7 d后,随着镉质量浓度增加,转运系数下降,14和21 d则先上升后下降。在25~100 mg/L镉处理后,生菜的可溶性蛋白含量随着镉质量浓度的升高而增加,但随着处理时间延长逐渐下降;MDA含量随着镉质量浓度升高以及处理时间的延长而增加。与CK相比,7 d时镉处理SOD活性显著升高,14 d显著下降;21 d各处理间差异不显著。镉处理7~21 d后POD活性均较CK显著升高(14 d时25 mg/L处理除外)。随着时间推移,镉处理CAT活性总体表现出先降低后升高的规律。与CK相比,7 d时镉处理生菜光合色素的含量明显增加,14 d时低质量浓度(25 mg/L)镉处理光合色素指标总体增大,高质量浓度(50,100 mg/L)镉抑制了光合色素的合成,21 d时镉处理光合色素指标较CK显著降低。25~100 mg/L镉处理7~21 d后,镉对生菜叶绿素荧光参数有明显影响,其中镉处理21 d后PSⅡ最大光量子效率(F_(v)/F_(m))、PSⅡ有效光量子产量(F_(v)′/F_(m)′)、PSⅡ实际光量子效率(ΦPSⅡ)、稳态荧光衰减率(Rfd)较7 d均总体降低,而初始荧光值(F_(o))和非光化学淬灭系数(NPQ)则表现为增大。【结论】镉质量浓度越高、处理时间越长,生菜的光能转化效率越低,叶片热量散耗越高,光合作用能力降低,植株生长受抑制程度越严重。

基于无人机多光谱植被指数的生菜全氮含量预测

我国露地蔬菜种植规模庞大,生产方式高度集约化,但过量施肥等导致的水氮利用效率低下的问题较为严重。为实现露地蔬菜规模化种植中精准施肥、高效生产的目标,以露地生菜为研究对象,设无氮(N0)、低氮(N1)、高氮(N2)三个处理,通过无人机搭载多光谱相机,建立3种多光谱植被指数(NDVI、RVI和SAVI)与生菜叶绿素、生物量、吸氮量、全氮含量数据集,并构建单生育期和多生育期氮素诊断模型。结果表明:(1)在莲座期和结球期,生菜各处理NDVI、RVI和SAVI值表现出随施氮量的增加而增大,但在收获期,N1处理达到最大值。(2)在生菜结球期,NDVI与生菜的产量、吸氮量、叶绿素均存在显著相关性,其中生菜全氮含量与叶绿素在p≤0.01水平下显著相关,相关系数(R)为0.51;综合生菜多生育期,NDVI值与生菜的产量、叶绿素、吸氮量和全氮含量均在p≤0.001水平下达到极显著相关,相关系数分别为0.85、0.82、0.81和0.71。(3)通过相应数据集拟合出指数、线性、对数和幂函数4种模型关系,建立生菜多生育期植株全氮最佳预测模型:全氮=16.52ln(NDVI)+73.514;应用生菜全氮估层模型反演基地生产田块,其平均相对误差为3.22%、RMSE=0.5566、NRMSE=0.0108,说明模型估算效果均较好,通过无人机多光谱遥感对蔬菜氮素诊断具有一定的可行性。

薄膜包装对鲜切生菜货架期品质的影响

目的探究不同薄膜包装对鲜切生菜货架期色泽和营养品质的影响,以期为鲜切生菜的保鲜提供便捷高效的方法。方法本研究采用不同厚度(20、30和40μm)的聚乙烯(PE)薄膜以及微孔PE薄膜包装鲜切生菜,于(4±1)℃条件下模拟货架8 d,以带孔PE薄膜包装作为对照组,研究这5种薄膜包装对鲜切生菜货架期间表型、感官评分、质量损失率、袋内O_(2)和CO_(2)、色差、叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素、可滴定酸、抗坏血酸(VC)和丙二醛(MDA)含量的影响。结果不同厚度的PE薄膜以及微孔PE薄膜包装能在一定程度上减少鲜切生菜色泽的变化、质量损失率的上升以及营养成分的损失。其中,20μm薄膜和微孔膜包装可以显著抑制鲜切生菜质量损失率,a^(*)、b^(*)和MDA的升高,保持袋内较高的O_(2),并抑制CO_(2)的积累,减缓叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素、可滴定酸、抗坏血酸和感官评分的下降,进而维持较高的品质,延长货架期。与20μm薄膜相比,微孔膜会造成鲜切生菜相对较高的质量损失率。结论20μm厚度的PE薄膜更适合作为鲜切生菜保鲜的包装材料,可延长货架期2~3 d。本研究为鲜切生菜保鲜包装袋的选择提供依据,推动鲜切预制菜产业的发展。

塑料大棚叶用莴苣(结球生菜)—番茄周年高效生产模式

为充分利用塑料大棚冬闲时段,北京市顺义地区探索出了塑料大棚叶用莴苣(结球生菜)—番茄周年高效生产模式,每667 m^(2)年产值、年利润分别为31820、12200元,较常规生产模式分别增加8100、4900元左右,经济效益显著。

罗马直立生菜生长发育及营养指标对臭氧浓度升高和持续熏蒸的响应

环境臭氧(O_(3))已成为影响植物生长发育的重要生态因子。为探究地面O_(3)污染对蔬菜形态学特征及营养指标的影响,选罗马直立生菜(Lactuca sativa var.roman)为实验材料,采用开顶式气室开展熏蒸实验。实验设置4个O_(3)熏蒸浓度(NF:未过滤的环境空气;NF40:环境空气+40 nmol/mol;NF80:环境空气+80 nmol/mol;NF120:环境空气+120 nmol/mol),每个处理设置3个重复组,分析评价O_(3)污染对植物造成的可见伤害、生产量、叶片解剖学特征以及食用部位营养指标的影响。研究表明:(1)O_(3)熏蒸对生菜叶片产生不可逆的可见伤害,叶片出现浅黄色斑点和棕色斑点,且随着熏蒸时间延长,叶片出现黄化,大面积的坏死斑块,衰老加速。(2)高浓度O_(3)胁迫显著降低了生长阶段的株高(P<0.05)。与NF组相比,NF40、NF80、NF120组分别使生物量下降5.90%、14.99%、39.21%。(3)随着O_(3)熏蒸浓度升高,气孔密度增加,气孔开度减小。叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度与O_(3)暴露剂量AOT40呈显著负相关关系(P<0.05)。(4)高浓度O_(3)暴露使蔬菜中Ca、Na、Fe、Zn、Mg等元素含量显著降低,脂肪和蛋白质含量增加,生菜的营养指标发生改变。研究表明,罗马直立生菜对环境O_(3)污染敏感,其生长发育及营养指标在O_(3)胁迫条件下发生明显变化。目前,关于O_(3)污染对蔬菜形态学特征影响的研究较少,研究系统探讨蔬菜的叶片厚度、栅栏组织、海绵组织、气孔密度及开度等形态学指标在臭氧污染条件下的变化。蔬菜的品质是关系到“三农”问题的重要方面,研究探讨了臭氧污染对蔬菜的产量及营养指标的影响,可为O_(3)污染条件下蔬菜的生产提供科学参考。

一个预测紫叶生菜花青素含量的高光谱深度学习模型

紫叶生菜叶片内富含花青素、胡萝卜素、维生素、矿物质等元素,其中花青素作为叶片组织中的主要色素对植物提供多种修复及保护功能,其含量可反应紫叶生菜的生理状态,因此其高精度预测具有现实意义。为了高效、准确地估算紫叶生菜的花青素含量,采集了紫叶生菜的高光谱数据并开展了高精度建模研究。对原始平均反射光谱数据进行了一阶导数(FD)、二阶导数(SD)、标准正态变换(SNV)、S-G滤波和多元散射校正(MSC)五种预处理操作,基于不同预处理光谱建立紫叶生菜花青素含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型并进行性能对比,确定MSC为理想的光谱预处理方法。针对原始光谱及经MSC预处理的光谱,使用竞争自适应重加权采样(CARS)算法分别选择特征波段,基于全波段(原始光谱、经MSC预处理光谱)和特征波段(基于原始光谱的特征波段、基于MSC预处理光谱的特征波段)分别构建PLSR模型,表现最佳的MSC-CARS-PLSR在验证集上的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和0.070 mg·L^(-1),剩余预测偏差(RPD)为2.862。为进一步提高预测精度,本文提出一种融合深度卷积特征和极限学习机(ELM)的回归分析框架Ensemble,基于改进的Inception模块设计了与输入光谱信号匹配的一维卷积神经网络(1DCNN)作为特征提取器,采用ELM代替全连接层作为高级回归器对提取的特征进行计算。通过对比分析,Ensemble性能优于单独的1DCNN模型、ELM模型以及基于预处理光谱构建的最佳PLSR模型,其在验证集上的R2和RMSE分别为0.905和0.060 mg·L^(-1),RPD为3.319,表现出较高预测精度以及极佳的稳定性。进一步分析了预处理操作对Ensemble预测精度的影响,实验结果显示Ensemble对于预处理操作的依赖程度远小于PLSR,表明该模型同时继承了1DCNN的深度特征表示和ELM的高泛化性,能够实现基于原始光谱进行端到端的高精度花青素含量预测,为及时、准确掌握紫叶生菜长势情况提供了理论支撑。