作者单位
摘要
北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
转基因技术对实现作物增产增质, 降低农药使用量, 降低生产成本等具有重要作用, 但对生态环境也存在一定的潜在威胁。 为了防止转基因大豆在食品化中的滥用, 对转基因产品快速鉴别技术的研究尤为迫切。 紫外拉曼光谱检测技术具备外场远距离无损遥测检测, 简单高效, 快速准确等优点, 可有效用于物质遥测鉴别领域。 基于紫外拉曼光谱的转基因/非转基因大豆油以及与其他类别食用油鉴别方法, 采集了五种不同食用油(两种品牌转基因/非转基因大豆油各500组样本和一种稻米油100组样本, 共2 100组样本)在3 500~400 cm-1(268~293 nm)范围内的日盲紫外拉曼光谱信息, 为提高光谱数据的信噪比并保证分类识别的准确性, 对上述光谱数据采用Savitzky-Golay滤波降噪、 基于自适应迭代加权惩罚最小二乘法(airPLS)的基线校正以及多元散射校正(MSC)的光谱数据修正等预处理。 根据大豆油的紫外拉曼指纹图谱, 分析出主要化学成分包含脂肪类、 蛋白质类、 酰胺类。 将每种大豆油样本按1∶1划分为训练集和测试集, 输入训练集数据至支持向量机(SVM)进行训练, 采用10折交叉验证建立最佳模型, 识别准确率达99.81%, 对转基因大豆油的判别效果显著; 采用主成分分析法(PCA)进行数据降维处理, 提取出8个主成分, 累计贡献率为74.84%, 可代表大部分原始数据特征。 在此基础上, 将预处理后的光谱数据按4∶1划分为训练集和测试集, 采用偏最小二乘回归判别分析方法(PLS-DA), 结合10折交叉验证法建立全谱的最佳PLS-DA模型(判别阈值设置为0.5), 判别准确率达到70.95%。 研究表明, 紫外拉曼光谱分析方法可较为准确地鉴别非转基因/转基因大豆油, 同时可鉴别大豆油与稻米油, 实现对转基因大豆食品的快速无损鉴别, 可望成为转基因大豆油及其食品的现场检测新的技术途径, 对推动转基因产品遥测鉴别技术的发展具有进步意义。
拉曼光谱 紫外 转基因大豆油 识别 支持向量机 Raman spectroscopy UV Transgenic soybean oil Distinguish SVM 
光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3830
易灿灿 1,2,3,5庹帅 1,2,3涂闪 1,2,3,4张文涛 5
作者单位
摘要
1 武汉科技大学冶金装备与控制技术教育部重点实验室,湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学湖北省机械传动与制造工程重点实验室,湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学精密制造研究院,湖北 武汉 430081
4 广西师范大学物理科学与技术学院,广西 桂林 541004
5 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
太赫兹(THz)具有低能性、 瞬态性、 波谱分析能力强的优点, 在物质鉴别方面具有广阔的应用前景。 现有的基于THz的物质鉴别方法, 虽然取得了一定的效果, 但是存在容易陷入局部最优的问题, 从而导致识别精度不高。 均匀流形逼近与投影(UMAP)作为一种非线性降维方法, 其假设数据均匀分布在黎曼流形上, 可以对具有模糊拓扑结构的流形进行建模。 UMAP降维的过程是通过最小化两个拓扑表示之间的交叉熵, 从而实现低维空间中数据表示的布局优化。 传统的模糊C聚类方法(FCM)在聚类时, 初始聚类中心往往随机给定, 当初始聚类中心选择不恰当时, 容易导致错误的聚类。 为此, 提出一种基于UMAP辅助的模糊C聚类算法, 首先运用UMAP对输入的THz样本矩阵进行降维; 再根据类与类之间距离最大化的原则, 选择合适的初始聚类中心; 最后利用模糊C均值聚类的方法进行聚类。 所提出的方法不仅能够解决聚类过程中类与类之间过度拥挤的现象, 而且能够反映出类别间的距离信息以便于给样本选择合适的初始聚类中心。 为了验证提出的聚类方法的可靠性, 运用太赫兹时域光谱技术对鲁棉研28、 鲁棉研29、 鲁棉研36、 中棉28四种不同类型的转基因棉花种子进行了探测, 利用基于UMAP辅助的模糊C聚类算法对转基因棉花种子的吸光度光谱数据进行聚类分析, 成功地将四种不同类型的转基因棉花种子区分开, 得到了总正确率为0.983 3的聚类效果, 说明提出的基于UMAP辅助的模糊C聚类算法在物质太赫兹光谱识别方面具有良好的应用前景。
太赫兹时域光谱 物质鉴别 转基因棉花种子 降维 模糊C聚类 Terahertz time-domain spectroscopy Substance identification Transgenic cotton seeds UMAP Dimensionality reduction Fuzzy C-clustering method UMAP 
光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2694
朱建国 1,3,4王雅静 2,3,4尹知沁 3,4谢雷英 3,4,5[ ... ]曹铎 2,*
作者单位
摘要
1 上海理工大学 材料科学与工程学院,上海 200093
2 上海师范大学 数理学院,上海 200234
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
4 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心,上海 200083
5 上海科技大学 物质学院,上海 200120
6 复旦大学 信息科学与工程学院,上海 200433
采用近红外光谱法对转基因油/非转基因油的混合溶液进行研究。对采集到的原始光谱分别进行多元散射校正(MSC)、一阶导数(FD)、移动窗口平滑(MWS)、Savitzky-Golay平滑一阶导数(SG1)预处理。研究比较了不同预处理方法对转基因油/非转基因油支持向量机(SVM)建模判别分析的影响,其中MSC预处理后的模型预测效果最好,准确率为91.6%。为了进一步提高模型的精度与稳定性,采用连续投影算法(SPA)对全波长进行特征波长筛选。利用筛选后的15个特征波长输入到SVM中,预测准确率提高到98.3%。实验结果表明,采用近红外光谱法,可以实现对转基因油/非转基因油快速检测,不仅适用于纯转基因油的鉴别,也适用于非转基因油中掺入转基因油的鉴别。
转基因油 近红外光谱 支持向量机(SVM) transgenic oil near infrared spectroscopy support vector machine(SVM) 
光学仪器
2020, 42(4): 61
作者单位
摘要
辽宁师范大学生命科学学院, 辽宁省植物生物技术重点实验室, 大连 116081
NAC转录因子, 对植物的生长发育及抵御逆境胁迫起着重要的作用。实验室前期克隆了辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)Slnac2基因, 转Slnac2拟南芥(Arabidopsis thaliana)提高了抵御盐胁迫的能力。本研究利用基因芯片技术筛选转SlNAC2拟南芥差异表达基因, 共筛选出差异表达2倍以上的基因1 258个。GO富集度分析结果显示, 分子功能相关基因占34.06%, 细胞组分相关基因占33.13%, 生物学过程相关基因占32.81%。KEGG分析表明, 差异表达基因涉及63个信号通路, 主要有植物激素信号转导、核糖体、植物病原物相互作用和抗坏血酸代谢等。通过实时荧光定量PCR对部分差异基因进行验证, 所得结果与基因芯片结果一致。本研究揭示, SlNAC2可调控多个下游基因的表达, 提高植物在逆境胁迫下的生存能力。
辽宁碱蓬 NAC转录因子 基因芯片 转基因拟南芥 逆境胁迫 Suaeda liaotungensis Kitag NAC transcription factor microarray transgenic Arabidopsis adversity stress 
激光生物学报
2019, 28(6): 535
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou, China
2 Department of Biological Engineering, Jinan University, Guangzhou, China
The moving-window bis-correlation coe±cients (MW-BiCC) was proposed and employed for the discriminant analysis of transgenic sugarcane leaves and --thalassemia with visible and nearinfrared (Vis–NIR) spectroscopy. The well-performed moving-window principal component analysis linear discriminant analysis (MW-PCA–LDA) was also conducted for comparison. A total of 306 transgenic (positive) and 150 nontransgenic (negative) leave samples of sugarcane were collected and divided to calibration, prediction, and validation. The diffuse reflection spectra were corrected using Savitzky–Golay (SG) smoothing with first-order derivative (d=1), third-degree polynomial (p=3) and 25 smoothing points (m=25). The selected waveband was 736–1054 nm with MW-BiCC, and the positive and negative validation recognition rates (V REC+, V REC-T were 100%, 98.0%, which achieved the same effect as MW-PCA–LDA. Another example, the 93 --thalassemia (positive) and 148 nonthalassemia (negative) of human hemolytic samples were collected. The transmission spectra were corrected using SG smoothing with d=1, p=3 and m=53. Using MW-BiCC, many best wavebands were selected (e.g., 1116–1146, 1794–1848 and 2284–2342nm). The V REC+ and V REC- were both 100%, which achieved the same effect as MW-PCA–LDA. Importantly, the BiCC only required calculating correlation coe±cients between the spectrum of prediction sample and the average spectra of two types of calibration samples. Thus, BiCC was very simple in algorithm, and expected to obtain more applications. The results first confirmed the feasibility of distinguishing --thalassemia and normal control samples by NIR spectroscopy, and provided a promising simple tool for large population thalassemia screening.
Visible and near-infrared spectroscopic discrimina transgenic sugarcane leaves β-thalassemia moving-window bis-correlation coe±cients moving-window principal component analysis linear 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2018, 11(2): 1850005
Author Affiliations
Abstract
1 Med-X Research Institute and School of Biomedical Engineering Shanghai Jiao Tong University, 1954 Huashan Road, Shanghai 200030, P. R. China
2 Zhejiang BrainHealth Medical Technology Co. Ltd 332 Wangjiang Road, Hangzhou 310002, P. R. China
3 Department of Neurosurgery General Hospital of PLA 28 Fuxing Road, Beijing 100853, P. R. China
Alzheimer's disease (AD) is a chronic neurodegenerative disease. The symptoms include memory and spatial learning di±culties, language disorders, and loss of motivation, which get worse over time, eventually ending in death. No effective treatments are available for AD, currently. Current treatments only attenuate symptoms temporarily and are associated with severe side effects. Near infra-red (NIR) light has been studied for a long time. We investigated the effect of NIR on AD using a transgenic mouse model, which was obtained by co-injecting two vectors carrying AD mutations in amyloid precursor protein (APP) and presenilin-1 (PSEN1) into C57BL/6J mice. The irradiation equipment consisted of an accommodating box and an LED array. The wavelength of NIR light emitted from LED was between 1040 nm and 1090 nm. The power density delivered at the level of the mice was approximately 15mW/cm2. Firstly, we treated the mice with NIR for 40 days. Then, the irradiation was suspended for 28 days. Finally, another 15 days treatment was brought to mice. We conducted Morris water maze and immunofluorescence analysis to evaluate the effects of treatment. Immunofluorescence analysis was based on measuring the quantity of plaques in mouse brain slices. Our results show that NIR light improves memory and spatial learning ability and reduces plaques moderately. NIR light represents a potential treatment for AD.
Alzheimer's disease near infra-red light transgenic mouse model Morris water maze immunofluorescence analysis 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2018, 11(1): 1750012
作者单位
摘要
1 浙江省农业科学院, 浙江省植物有害生物防控重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地, 浙江 杭州 310021
2 浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310058
转基因技术在过去的几十年里快速发展, 然而此项技术对生态环境、 伦理道德等可能带来的影响尚存争议, 因此针对农作物的转基因成分检测和鉴别的相关技术研究十分重要。 本研究以转双价基因(cry1Ab/cry2Aj-G10evo)玉米籽粒和玉米面粉为研究对象, 采用近红外光谱仪采集900~1 700 nm波段范围的光谱, 结合 Savitzky-Golay(SG)平滑算法对提取出的光谱数据进行去除噪声处理。 基于全波段光谱和PCA主成分分别建立了偏最小二乘判别分析(PLS)和支持向量机判别模型(SVM)。 试验结果表明, 在转基因玉米籽粒全谱的判别分析模型中, SVM判别模型效果要优于PLS判别模型, SVM模型识别正确率达到90%以上, PLS的模型识别率只有85%左右。 以PCA降维后建立的模型中, SVM模型也取得了最优的效果, 建模集和预测集识别正确率达到100%。 虽然转基因玉米在研磨加工后外源蛋白和DNA有所下降, 但是转基因玉米粉末基于全波段光谱建立的SVM模型的建模集正确率仍有90.625%。 结果表明应用近红外光谱技术集合化学计量学方法对转基因玉米的鉴别是可行的, 为转基因玉米乃至其他转基因农产品的鉴别提供了技术支持, 具有重要的理论意义和应用价值。
近红外光谱 转双价基因玉米 偏最小二乘判别分析模型 支持向量机判别模型 Near infrared spectroscopy Transgenic maize harboring cry1Ab/cry2Aj-G10evo Partial least squares Support vector machine 
光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1095
作者单位
摘要
淮北师范大学, 生命科学学院, 资源植物生物学安徽省重点实验室, 安徽 淮北 235000
大豆Lea5基因是LEA基因家族成员之一。为分析大豆Lea5基因的功能, 构建了大豆Lea5基因植物过表达载体pBI121-Lea5。通过农杆菌介导法转化烟草,获得TL-06、TL-09、TL-17和TL-32等4个转大豆Lea5基因烟草株系。RT-PCR分析表明大豆Lea5基因在4个转基因烟草株系的T2代植株均有不同程度的表达。以转基因TL-09和TL-32株系T2代植株为材料, 进行了干旱和盐渍处理, 结果表明, 2个转大豆Lea5基因烟草株系T2代植株对干旱和盐渍的抗性显著强于野生型烟草, 说明大豆Lea5基因可以提高植物抗干旱和盐碱的能力。
大豆Lea5基因 转基因植物 干旱抗性 耐盐性 Soybean Lea5 gene transgenic plant RT-PCR RT-PCR resistance to drought tolerance to salinity 
激光生物学报
2018, 27(1): 53
作者单位
摘要
1 中国林业科学研究院木材工业研究所, 北京 100091
2 中国林业科学研究院林业新技术研究所, 北京 100091
通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量, 从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。 选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料, 利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量, 并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。 结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、 位置基本一致, 表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构, 但I1 508/I1 379, I1 508/I1 425和I1 508/I1 740木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%~9.5%, 峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量; CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁, 与对照组木质素呈现相同的沉积规律, 且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木; 组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上, 而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁, 进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律, 但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。
转基因杨木 木质素 傅里叶红外光谱 激光共聚焦 Transgenic poplar Lignin FTIR CLSM 
光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3404
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是基于飞秒超快激光技术的 THz 波段光谱测量新技术, 具有较强的光谱分辨本领以及良好的透视性和安全性, 在物质检测方面具有广泛的应用价值。文中在采用太赫兹时域光谱技术对转基因大豆油光谱检测的基础上结合主成分分析方法(PCA)及支持向量机(SVM), 构建PCA-SVM模型对转基因大豆油进行鉴别。首先, 从样品在太赫兹波段测得的时域光谱中得到其吸光度光谱; 然后, 将其作为输入源导入PCA-SVM模型中, 剔除冗余数据、降低数据维数并鉴别。实验结果表明, 所建立的PCA-SVM模型能准确识别校验集, 可以准确地对转基因大豆油进行鉴别。研究结果表明: 太赫兹时域光谱技术可以实现转基因大豆油的快速、无损检测, 在食品安全领域有广泛的应用前景。
转基因大豆油 太赫兹 主成分分析 支持向量机 无损检测 transgenic soybean oil terahertz principle component analysis support vector machine nondestructive testing 
红外与激光工程
2017, 46(11): 1125004

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