基于F^(3)Net显著性目标检测的蝴蝶图像前背景自动分割

【目的】具有复杂背景的蝴蝶图像前背景分割难度大。本研究旨在探索基于深度学习显著性目标检测的蝴蝶图像自动分割方法。【方法】应用DUTS-TR数据集训练F^(3)Net显著性目标检测算法构建前背景预测模型,然后将模型用于具有复杂背景的蝴蝶图像数据集实现蝴蝶前背景自动分割。在此基础上,采用迁移学习方法,保持ResNet骨架不变,利用蝴蝶图像及其前景蒙板数据,使用交叉特征模块、级联反馈解码器和像素感知损失方法重新训练优化模型参数,得到更优的自动分割模型。同时,将其他5种基于深度学习显著性检测算法也用于自动分割,并比较了这些算法和F^(3)Net算法的性能。【结果】所有算法均获得了很好的蝴蝶图像前背景分割效果,其中,F^(3)Net是更优的算法,其7个指标S测度、E测度、F测度、平均绝对误差(MAE)、精度、召回率和平均IoU值分别为0.940,0.945,0.938,0.024,0.929,0.978和0.909。迁移学习则进一步提升了F^(3)Net的上述指标值,分别为0.961,0.964,0.963,0.013,0.965,0.967和0.938。【结论】研究结果证明结合迁移学习的F^(3)Net算法是其中最优的分割方法。本研究提出的方法可用于野外调查中拍摄的昆虫图像的自动分割,并拓展了显著性目标检测方法的应用范围。

松墨天牛诱捕器智能管理系统的构建

利用诱捕技术监测和控制松墨天牛Monochamus alternatus已成为松材线虫病防控的一项重要措施。利用ionoic、Spring Boot和MyBatis框架,对如何构建松墨天牛诱捕器的智能管理系统进行了研究。结果表明:开发的系统通过浏览器端主页给用户提供的功能包括生成和管理二维码、查看和汇总诱捕数据、诱捕器空间分布可视化展示和统计分析等,通过APP端提供给用户的功能包括扫描二维码获取诱捕器空间位置信息、自动解析行政区划、录入诱捕情况、不同网络状态下的数据远程传输等。APP使用简便,作业人员在几分钟内即可学会熟练使用。系统已部署到云服务器上,并管理近4万个诱捕器,运行情况正常。平台在福建和山东省的成功应用表明,本系统可以实现对大量诱捕器的高效数据采集、管理和统计学分析,解决了人工记录和管理野外诱捕信息费时费力易混乱的问题。

基于改进差分进化算法的鳞翅目昆虫图像识别方法

【目的】应用计算机图像处理技术提取昆虫图像特征,提出一种新的特征选择技术筛选昆虫识别相关的特征,以准确、快速地识别出鳞翅目昆虫种类。【方法】基于开源的利兹蝴蝶数据集和拍摄的以森林鳞翅目昆虫为主的数据集,采用改进的纹理特征提取算法(DRLBP)提取鳞翅目昆虫图像纹理特征,应用汉明距离计算的粒子间距离度量种群多样性,提出进化过程中自动调整多样性的方法,给出二进制自适应差分进化算法(BADE)。利用BADE算法筛选合适的较小维数的纹理特征子集,并用基于概率协同表示的分类器(PROCRC)进行图像分类。【结果】PROCRC分类器在所有数据集上均展现出良好分类效果,平均识别率分别为81.73%和88.18%。经特征选择后的昆虫的分类精度显著提升,最高提升率达13.49%。BADE的性能高于其他特征选择算法,且经BADE算法特征选择后纹理数据集的维数和分类所需时间均显著下降,其降维率接近50%,时间减少率最高达50%。【结论】BADE算法可有效进行特征选择,提高识别精度,节约模型的识别时间,利用群体智能优化算法对鳞翅目昆虫图像进行特征选择的方法具有可行性,DRLBP和BADE算法相结合的鳞翅目昆虫识别方法在农林昆虫的快速、准确识别中具有广阔应用前景。

松墨天牛漆酶基因MaLac1的克隆、原核表达及表达谱分析

【目的】本研究旨在克隆并鉴定松墨天牛Monochamus alternatus内源漆酶基因MaLac1,分析其在松墨天牛不同发育阶段的表达水平,为进一步明确MaLac1功能提供依据。【方法】基于松墨天牛肠道转录组测序数据,通过RACE克隆松墨天牛MaLac1基因的全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析;将该基因与pET-32a载体链接构建表达载体pET-MaLac1,导入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta (DE3)使其表达;使用qPCR检测MaLac1基因在松墨天牛不同发育阶段(低龄幼虫、老熟幼虫、蛹、雌成虫和雄成虫)肠道中的表达差异。【结果】克隆获得松墨天牛MaLac1的cDNA全长序列(GenBank登录号:KY073340)。MaLac1开放阅读框全长2 067 bp,编码一个含688个氨基酸的蛋白质,预测分子量为78.34 kD,等电点为5.30。SignalP 4.1 Server预测MaLac1在N端包含一个15个氨基酸的信号肽。序列比对分析表明,MaLac1具有典型的昆虫漆酶基因特征,与赤拟谷盗Tribolium castaneum漆酶基因的氨基酸序列一致性达93%。SDS-PAGE检测发现IPTG诱导表达了一条大约78 kD的特异蛋白条带,与推测大小一致。qPCR结果显示,MaLac1在不同发育阶段的松墨天牛肠道中均有表达,其中,在雌成虫肠道中表达量最高,在雄成虫肠道中的次之,在幼虫肠道中的最低。【结论】MaLac1在松墨天牛成虫中表达量显著高于其在幼虫中的,这一结果可能与幼虫和成虫的取食习性差异相关。MaLac1在松墨天牛体内的功能还有待进一步研究。

松天牛小首螨对极端温度耐受性的驯化效应及低温存储研究

【目的】松天牛小首螨是近年发现的首个能够寄生致死松墨天牛卵的一个螨类新种,研究该螨对极端温度耐受性的驯化效应和低温存储条件,有助于进一步评估该螨的潜在地理分布或应用区域,并为该螨的规模化运输和存储提供基础依据。【方法】通过不同温度条件驯化后,测定松天牛小首螨暴露在极端温度下的存活率,同时比较不同低温条件下存储的松天牛小首螨膨腹体涌出的成螨数量,以及存储的雌成螨的生存情况。【结果】高温驯化可显著提高雌成螨高温暴露存活率,其中30℃36 h驯化后的存活率提高了1.26倍;低温驯化可显著提高雌成螨极端低温暴露存活率,其中10℃96 h、10℃120 h驯化后的存活率分别提高了2.08和2.13倍。以膨腹体为存储对象,低温存储后涌出成螨的数量随着存储时间延长而逐渐显著减少;以雌成螨为存储对象,在10℃条件下存储30 d,存活率为65.10%,在4℃条件下存储30 d,存活率达84.21%。【结论】松天牛小首螨具有很强的温度适应性,短期温度驯化即可大幅提升其对极端温度的耐受性。膨腹体适合作为该螨短期低温存储对象,雌成螨则适合作为中长期低温存储对象。

基于响应面法的粘质沙雷氏菌BRC-CXG2发酵培养基优化

为了将粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)应用在松墨天牛(Monochamus alternatus)防治上,对粘质沙雷氏菌的培养基配方进行了优化。通过单因素试验筛选粘质沙雷氏菌发酵培养基的碳源、氮源和无机盐,利用Plackett-Burman试验设计确定3个主要影响因素,通过最陡爬坡试验,结合Box-Behnken Design试验设计及响应面分析法优化培养基组成成分,获得培养基最佳配方与发酵条件:葡萄糖23.27 g·L^(-1)、蚕蛹粉22.37 g·L^(-1)、酵母粉10 g·L^(-1)、硫酸镁2 g·L^(-1)、磷酸氢二钠3 g·L^(-1),氯化钠2 g·L^(-1);在28℃、150 r·min^(-1)条件下发酵36 h,装液量体积分数为50 mL/250 mL,接种量4.73%,pH 7.1~7.3。最后,根据最优培养条件验证发现优化后培养基中生长的菌落数为6.0×10^(9)cfu·mL^(-1),是初始培养基的9.42倍,与模型预测值相符。研究结果为粘质沙雷氏菌的发酵生产提供了理论基础,为松材线虫病(pine wilt disease)的防治提供了新的途径。

中华甲虫蒲螨对松墨天牛的生防潜力初探

中华甲虫蒲螨(Pyemotes zhonghuajia Yu, Zhang and He)在多种蛀干害虫中起到了较好的防治效果,但利用其对松墨天牛(Monochamus alternatus Hope)进行防治的研究目前较少。为揭示中华甲虫蒲螨对松墨天牛的寄生效果,初步探究其生防潜力,比较中华甲虫蒲螨对不同龄期松墨天牛幼虫的寄生情况与致死力,及不同温度对中华甲虫蒲螨发育及寄生效果的影响。结果显示,中华甲虫蒲螨对1龄、2龄、3龄、4龄幼虫均有致死力,致死力强弱为2龄>3龄>4龄>1龄;不同龄期松墨天牛幼虫体上的中华甲虫蒲螨寄生数量差异显著(p<0.05),其中2龄幼虫体上寄生的数量最高,达(5.800±1.448)头;2龄、3龄、4龄幼虫体上寄生的蒲螨可产生膨腹体完成世代发育,且3龄虫体上的膨腹体发育最好;蒲螨膨腹体发育的最适温度区间为24℃~28℃,低于或高于此温度区域膨腹体会发育不良或难以发育。综上,中华甲虫蒲螨对松墨天牛幼虫有较好的防治效果,有助于日后松墨天牛的生物防治。

棉铃虫人工饲料主要污染细菌鉴定及其抗生素筛选

棉铃虫的人工饲养是对其进行昆虫病原菌生物测定的重要步骤,而饲料污染是影响棉铃虫培养成功率的主要因素。因此,选择合适的抗生素对棉铃虫的饲养具有重要意义。为明确棉铃虫饲料中污染细菌的组成,筛选可抑制污染菌的抗生素,本研究以受污染棉铃虫饲料中分离出的9个菌株为实验材料,观察菌株形态。采用16S rDNA系统发育分析法构建进化树,同时根据药敏与生理生化实验,确定分离菌株的生理生化特性。结果表明,9个菌株共呈现5种生理生化特性,其中,2株与肠球菌属(Enterococcus sp.)接近,2株与埃希氏菌属(Escherichia sp.)接近,2株与志贺氏菌属(Shigella sp.)接近,2株与肠杆菌属(Enterobacter sp.)接近,1株与沙雷氏菌属(Sarratia sp.)接近。抗生素筛选实验结果显示,卡那霉素对于不同菌株的抑菌效果最好。这为提高棉铃虫人工饲养成活率具有重要意义。

基于松墨天牛漆酶Laccase 2基因的RNAi体系优化

松墨天牛(Monochamus alternatus)是松材线虫病的主要传播媒介。建立高效的RNAi体系将有助于松墨天牛功能基因组的研究。本研究设计了松墨天牛Laccase 2基因的RNAi位点,分别利用体外转录和化学合成制备dsRNA和siRNA,并对其注射条件和注射龄期进行优化,结合表型观察和RT-qPCR验证RNAi沉默效果。结果表明,注射1μg和10μg dsRNA的蛹均出现羽化后畸形,无色素沉着且无法进行正常活动,而注射4μg siRNA的松墨天牛与对照组无明显差异。RT-qPCR表达分析发现,Laccase 2在蛹期到成虫期的表达量较高,老熟蛹中达到最高。对松墨天牛第1天的蛹注射dsRNA后,其Laccase 2的表达受到显著抑制,沉默效率可达70%左右。利用Laccase 2基因的dsRNA对松墨天牛中靶基因的表达量进行抑制,在蛹期注射1μg即可达到理想沉默效果,而siRNA注射在松墨天牛中没有效果。本研究结果为进一步基于功能基因组学开展研究提供技术支持,为松墨天牛生物防治提供新的方向。

苏云金杆菌ZLL13晶体蛋白分析及其菌糠液态培养基的优化

食用菌栽培废料,简称菌糠(spent mushroom substrate, SMS)是食用菌栽培和生产的残留物,其含有丰富的甲壳素、木质纤维和蛋白质等,可为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)的生长提供所需的营养物质。本研究以优化后的前处理条件制备的菌糠浸提液(2%硫酸, 121℃, 1 h)作为主要碳源,通过单因素试验、Plackett-Burman设计、最陡爬坡和响应面分析等方法来优化最佳培养基组分,结果表明,54%SMS浸提液,31.9 g/L大豆饼粉、0.88 g/L CaCO3、0.4 g/L MnSO4、0.5 g/L K2HPO4和0.4 g/L吐温100为最佳培养基配方,且优化后培养基(1.8×108/mL)产生的孢子数是原始SMS培养基(0.065×108/mL)的27倍,这不仅为菌糠的二次利用提供一种新的有效方法,而且也可以大大降低生产Bt所需要的发酵成本,具有良好的应用前景。