1 国家林业和草原局桉树研究开发中心遗传育种研究室, 广东 湛江 524022
3 湛江科技学院经济与金融学院, 广东 湛江 524094
4 广西国有东门林场, 广西 崇左 532199
摸清粗皮桉(Eucalyptus pellita)群体的遗传亲缘关系, 对研究桉树杂交育种理论, 开发优良新品种具有非常重要的意义。 研究意在通过对比粗皮桉种源遗传差异与其光谱差异间的关系, 探索近红外光谱(NIRs)技术用于粗皮桉遗传亲缘关系分析的可行性。 以粗皮桉天然种源材料为对象, 每个种源采集8~12个家系叶样。 通过全基因组重测序, 基于核苷酸序列差异计算种源间的遗传距离。 同时, 每个家系选择4~6片健康叶片烘至绝干后, 将其粉碎装于透明自封口塑料袋。 用手持式近红外仪Phazir Rx (1624)采集样品的NIRs信息。 以簇类独立软模式(SIMCA)判别分析统计对比种源到目标种源的光谱距离, 并基于NIRs欧氏距离对种源进行层级聚类。 以NIRs的PCA因子得分图分析种源间的遗传亲缘关系及其遗传变异。 结果显示, 粗皮桉新几内亚岛种源间的平均遗传距离为0.186, 昆士兰州种源间的平均为0.157, 新几内亚岛种源与昆士兰州种源间的平均遗传距离为0.295, 明显大于区域内种源间的遗传距离。 粗皮桉2大区域种源间的NIRs光谱距离与其种源间遗传距离基本呈正相关关系。 基于NIRs的层级聚类在一定程度上印证了种源遗传距离、 光谱距离的大小关系, 但与其地理距离非完全对应, 说明基因交流对粗皮桉群体的遗传亲缘关系有较大的影响。 PCA聚类显示, 遗传或光谱距离大的种源样本因子得分图存在严重重叠, 而遗传或光谱距离小的种源样本因子得分反而会清晰聚类, 这表明NIRs信息区分异质样本的敏感性, 同时也反映了粗皮桉种源内家系间遗传变异的大小。 研究结果表明, NIRs技术能够真实反映粗皮桉种源间的遗传差异, 可用于桉树群体遗传亲缘关系及群体内的遗传变异分析, 可辅助桉树群体的世代改良研究。
遗传距离 光谱距离 层级聚类 簇类独立软模式(SIMCA) Genetic distance Spectral distance Hierarchical clustering Soft independent modeling of class analogy (SIMCA) 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3399
1 武汉晴川学院 计算机学院，武汉 430204
2 华东光电集成器件研究所 江苏 苏州 215163
文章设计了一种超小的硅基多波长路由器，它可实现光通信窗口多波长的路由功能。首先用平面波展(PWG)方法分析了这种光路由的理论及其结构特性，然后用时域有限差分(FDTD)方法数值模拟了该类器件的导光波特性及光场能量传播特性。所设计的硅基多波长路由器具有透射效率高和整体尺寸超小（总长度在20 μm左右）的特点，能同时实现1.31 、1.55和1.65 μm光波长的路由功能。
多波长路由器 平面波展开方法 时域有限差分法 硅光子 multi-wavelength router PWE method FDTD method silicon photonics
1 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 江苏 南京 210008
2 西华师范大学环境科学与工程学院, 四川 南充 637000
3 中国科学院大学, 北京 100049
运用三维荧光-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)和室内生物培养实验, 分析了洪泽湖和骆马湖有色可溶性有机物(CDOM)生物降解特征对不同水文情景的响应。 结果表明, (1)平行因子分析得到3类荧光组分, 类腐殖质C1、 类色氨酸C2和类酪氨酸C3。 (2）经28天生物培养后, 枯水期洪泽湖、 骆马湖溶解性有机碳DOC生物可利用性(BDOC, 分别为17%±4%, 15%±4%)高于丰水期(分别为5%±5%, 10%±7%), 且枯水期%BDOC高值主要分布于入湖口区域。 (3）枯水期两湖泊比紫外吸收系数SUVA254和类腐殖质C1荧光强度显著高于培养前, 即ΔSUVA254和ΔC1为负值, 而类酪氨酸荧光强度显著低于培养前, 即ΔC3为正值, 表明了枯水期类酪氨酸生物可利用性较高, 产生了较为稳定的类腐殖质, 增加了样品的腐殖化程度。 (4）BDOC和%BDOC分别与ΔSUVA254有较好的负相关性, BDOC及%BDOC与ΔC3, %ΔC3均有较好的正相关性。 这意味着两个湖泊CDOM组成直接影响其生物可利用性。
洪泽湖 骆马湖 有色可溶性有机物 生物可利用性 平行因子分析 Lake Hongze Lake Luoma Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) Bioavailability Parallel factor analysis (PARAFAC)
南京航空航天大学 材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 211100
采用磁控溅射法以石墨为靶材在玻璃衬底上沉积了类金刚石(DLC)薄膜, 用原子力显微镜表征了不同氮气流量条件下生长薄膜的形貌, 用拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪和分光光度计分析了样品的微结构、元素的价态和透光性能.结果表明：沉积的薄膜均为非晶结构.通入2 sccm氮气时, 薄膜的光学透过率大大提高, 此时DLC薄膜内的氮元素含量为5.88%,sp3键百分比为64.65%,ID/IG值为1.81; 掺氮DLC薄膜在可见光范围内光学透过率达到95.69%.随着氮气流量增加, DLC薄膜光学透过率呈现出下降的趋势.退火2 h后不掺氮DLC薄膜光学透过率呈小幅度下降, 而掺氮DLC薄膜的光学透过率几乎没有变化.
DLC薄膜 氮气流量 磁控溅射 透过率 退火 Diamond like carbon thin film Nitrogen gas flow rate Magnetron sputtering Transmittance Annealing
齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院生物研究所 山东省生物传感器重点实验室, 山东 济南 250103
长周期光纤光栅是对周围环境比较敏感的一种无源光学器件, 由于其具有无后向反射、对折射率灵敏度高、体积小、易于集成化、不受电磁干扰、耐酸碱腐蚀、不需要参比电极等诸多特点, 在折射率传感领域备受关注。自从2000年Bentley研究组第一次将长周期光纤光栅用于抗原的检测以来, 经过十余年的发展, 长周期光栅在生物物质的检测方面取得了很大的进展, 已被用于抗原抗体、细菌病毒、蛋白质、DNA、酶及核酸等诸多生物物质的检测。本文对长周期光纤光栅近年来在生物传感领域的研究进展和应用进行了总结和评述, 并对长周期光纤光栅在生物物质检测方面的未来发展趋势做了展望。
长周期光栅 生物技术 检测 传感器 进展 long period fiber grating biotechnology detection sensor progress
东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
为探讨水热条件对农田黑土富里酸(FA)腐殖化程度的影响, 选取黑龙江省不同纬度带黑土区域北安、 海伦、 宾县、 双城的农田土壤, 对其腐殖物质进行分组测定, 且分析了富里酸的荧光光谱特性。 结果表明: 从北向南, 随着水热分布强度增加, 农田黑土腐殖酸含量依次降低, 北安为990 g·kg-1、 海伦为871 g·kg-1、 宾县为548 g·kg-1、 双城为470 g·kg-1, 胡富比显著降低, 分别为146, 142, 080和074; 不同区域富里酸三维荧光图谱差异值分析表明, 与北安相比, 其它区域Peak A和Peak C荧光强度均明显减少, 区域积分(FRI)方法表明, 从北向南, 可见光区类富里酸物质含量显著下降; 平行因子分析(PARAFAC)表明, 各区域土壤FA可以分为相对分子质量较小、 结构简单的C1及分子结构相对复杂、 缩合度较高的C2两个组分, 随着水热梯度增加, C1组分明显增加, 而C2组分则呈相反趋势, C1组分的增加主要来源于C2组分降解的中间产物, 且较高比例的C1组分促进了FA在土壤中分解; 二维同步扫描图谱表明, 随着纬度降低, FA结构趋于简单化, 黑土中FA分解途径是组分中分子量较大、 结构复杂的物质优先裂解, 形成结构相对简单的、 缩合度较高的小分子化合物, 然后进一步彻底分解。 综上, 北安、 海伦、 宾县、 双城农田黑土的FA浓度及腐殖化程度呈下降趋势; 水热梯度增加, 不利于土壤中FA积累, 加速了土壤FA流失。
水热条件 黑土 富里酸 荧光光谱特征 腐殖化 Hydrothermal conditions Black soil Fulvic acid Fluorescence spectrum characteristic Humification
针对一维参数空间霍夫变换椭圆检测算法不能检测长轴端点缺损的椭圆这一缺陷，提出了两种改进算法。两种改进算法都是先确定椭圆中心，采用分步计算参数的方法，以降低霍夫变换参数空间的维数，从而降低算法整体的时间复杂度。改进算法1可以看成是一维霍夫变换椭圆检测的一个补充算法，它通过改为最后对长轴进行一维累积，来解决长轴端点缺损的问题。改进算法2则是在椭圆中心确定后，利用椭圆的对称性，计算出其倾斜角，再进一步确定其他参数。实验表明，两种改进算法都能在较复杂的图中较快较准确地检测出残缺椭圆。
一维霍夫变换 分步计算 几何对称 椭圆检测 长轴端点 one-dimension Hough transform step-by-step calculation geometric symmetry ellipse detection the endpoints of the major axes
武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
频域全波形反演能够获得高分辨率的反演结果, 具有较高的计算效率, 因此得到广泛应用。在传统单频点串行反演策略的基础上, 提出一种多频点同时反演策略, 并推导出一种新的目标函数表达式, 应用于频域全波形反演算法中。该策略能够同时反演所有的频率分量, 对于一组频点中的每个频点进行加权求和处理, 从而避免了高频分量在反演结果中占据主导, 同时避免反演结果中存在噪声干扰。分别用三种不同的模型进行验证。实验表明, 相对于传统的单频点策略, 多频点策略的反演结果具有更好的稳定性、正确性和鲁棒性; 而且对于模型中明显介质边界的位置, 它的反演结果更接近于目标模型。
多频点同时反演 频域全波形反演 加权因子 目标函数 预处理梯度法 simultaneous multifrequency inversion frequency-domain full waveform inversion (FWI) weight coefficient objective function pre-conditioned gradient method
武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
图像分割在医学超声图像的定量、定性分析中均扮演着十分重要的作用, 并直接影响到后续的分析、处理工作。针对医学超声图像对比度低和噪声强的特点, 提出了一种将超像素和模糊聚类技术相结合的图像分割方法。该方法利用简单线性迭代聚类算法产生多个超像素子区域, 通过比较各个子区域间特征向量的相似性, 利用模糊C均值(FCM)聚类技术对这些过分割区域进行合并, 实现超声图像目标区域的有效分割。和传统的基于单像素的FCM聚类算法相比, 该方法具有较强的鲁棒性, 有效提高了目标区域的分割精度和分割效率, 取得了较好的分割效果。
图像分割 医学超声图像 超像素 模糊C均值(FCM)聚类 image segmentation medical ultrasound image superpixel fuzzy C-means(FCM)
江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
制备了一系列Dy3+掺杂新型Ga-Sb-S 硫系玻璃，研究了玻璃的热稳定性(玻璃态稳定性)、光学性能、结构和中红外发光性能，通过组分微调改善了玻璃的抗析晶性能，拉制了高光学质量的光纤。结果表明，Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃具有良好的热稳定性、优异的红外透光性和较低的声子能量，在2.95、3.59、4.17、4.40 μm 附近表现出较强的发光；少量As替代Sb可显著减弱光纤拉制过程中玻璃的析晶倾向，同时未对玻璃的发光产生显著影响。光谱分析结果显示，Dy3+在Ga-Sb-S 玻璃中的2.95 μm 和4.17 μm 荧光量子效率分别为88.1% 和75.9%，对应的受激发射截面分别为1.1×10-20 cm2和0.38×10-20 cm2。较高的量子效率和较大的受激发射截面使得Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃成为极具潜力的中红外激光增益材料。
材料 中红外发光 硫系玻璃 稀土离子
