利用手机相机采集数字图像开展冬小麦氮素营养诊断的研究

河北省衡水中学

作者：刘尚闻

辅导教师：王建勇  李素静  李红军

项目简介

一、摘要：用手机相机和单反相机获取小麦拔节期图像，通过标准灰板进行色彩校正，利用遥感软件剔出干扰像素，获取图像红、绿、蓝数值，通过其与氮素营养指标及不同图像色彩参间相关性分析，发现利用超过400万像素的手机相机可用于小麦氮素营养诊断，筛选出了相应的色彩参数，建立了诊断指标。

二、选题：偶尔看到研究人员利用高档相机研究通过照片判断小麦氮素营养状况，想到农民没有高档相机，不利于项目普及，而手机照相比较普及，但不知是否可行，因此确定了本试验内容。

三、项目的目的和基本思路目的：利用手机相机获取小麦色彩参数，对其氮素状态进行诊断，方便农民氮肥管理。思路：小麦叶绿素代谢与氮素代谢密切相关，叶片色彩受叶绿素含量的影响，其冠层色彩能够反应其氮素营养状况的好坏。方法：用不同手机相机和单反相机获取图像，通过各自色彩及其组合与氮素营养指标间的相关性确定手机相机诊断的可行性及其诊断指标。

四、研究过程：利用单反相机、手机相机及标准灰板获取小麦图像，观测小麦氮素指标；进行色彩校正；剔除干扰像素并提取色彩参数；比较手机相机与单反相机色彩差异，确定手机相机的可行性；筛选出敏感色彩参数及诊断指标。

五、科学原理：植株叶绿素与其全氮含量显著相关，氮含量的变化导致叶片光学特征的变化。科学方法：标准灰板色彩校正，遥感图像分类，相关分析法。

六、项目的主要贡献：1、率先开展用手机相机拍摄图像诊断小麦氮素营养的研究，建立了诊断指标体系。2、采用标准灰板、遥感方法，为同类研究提供了参考。

七、他人同类研究的情况调查：应用手机照相采集图像进行小麦氮素营养诊断的研究未见报道。利用标准灰板和遥感方法，在同类研究中鲜有报道。

八、进一步完善该项目的设想：建立品种参数库及其相应的诊断体系，研发手机软件并进行推广应用。

九、集体项目中申报者各自的工作分工：本项目在指导老师帮助下独立完成。

辽宁碱蓬SlCMO基因在非生物胁迫下的表达分析

辽宁省大连育明高级中学

作者：颜廷旭

辅导教师：赵凯  张毅  佟少明

项目简介

1.项目摘要：胆碱单加氧酶（CMO）是合成甜菜碱的关键酶，甜菜碱在植物抵抗渗透胁迫中起着重要作用。本研究通过半定量PCR和实时定量PCR方法，分析辽宁碱蓬SlCMO基因的表达。结果表明，SlCMO基因在辽宁碱蓬中的表达受盐、干旱、低温等非生物胁迫诱导。推测SlCMO基因与辽宁碱蓬耐盐有关，是决定辽宁碱蓬耐盐性状的基因之一。

2.该项目的选题是怎样确定的：到盘锦旅游，看到了在盐碱滩上生长的碱蓬，想知道其为什么耐盐。查阅教材，和老师探讨，认为碱蓬耐盐性状是由耐盐基因决定的，于是想寻找碱蓬中耐盐相关基因，选定了SlCMO基因，检测其在非生物胁迫下的表达，明确其与碱蓬耐盐的关系。

3.设计(或研究)该项目的目的和基本思路：探究辽宁碱蓬SlCMO基因的表达与盐、干旱、低温等非生物胁迫的关系，从而明确SlCMO基因与辽宁碱蓬耐盐性状的关系。

4.该项目的研究过程：采集辽宁碱蓬种子，培养幼苗，各种胁迫处理，提取总RNA，反转录合成cDNA，半定量PCR和实时定量PCR，处理数据，分析结果，得出结论。

5.该项目应用了哪些科学方法、科学原理：采用了半定量PCR和实时定量PCR方法，这两种方法都是基于PCR技术的检测基因表达的方法，获得的结果既直观又精确。

6.该项目的主要贡献(创新部分)：首次分析了非生物胁迫下SlCMO基因在盐生植物辽宁碱蓬中的表达特性。

7.他人同类研究的情况调查：我国在CMO基因表达特性研究方面，仅在甘菊、水稻、枸杞、杜梨、山菠菜等植物中有报道。关于盐生植物碱蓬CMO基因的研究，仅有关于翅碱蓬CMO基因克隆、辽宁碱蓬SlCMO基因克隆及植物转化的报道。未见与本课题研究相同的报道。

8.进一步完善该项目的设想检测非生物胁迫条件下辽宁碱蓬中甜菜碱的含量，分析甜菜碱含量与SlCMO基因表达的关系。

黑豆皮促进酵母菌发酵的物质基础和机理探究

上海市华东师范大学第二附属中学

作者：娄澜青青

辅导教师：党永岩  钱峰

项目简介

1．摘要：以黑豆为实验材料，以酵母菌为实验对象，研究黑豆皮提取物对酵母菌繁殖和发酵的影响，并探究机理。功效探究发现：黑豆皮乙醇粗提物对酵母菌繁殖有明显的促进作用，能够提高酵母菌乙醇产量，0.2g/L的浓度能使乙醇产量提高大约一倍。机理探究发现：扫描电镜下观察，发现该提取物能在高浓度乙醇环境下保护细胞结构，延缓细胞变大衰老，从而延长细胞寿命，说明该提取物能提高酵母菌的乙醇耐受能力；采用RT-PCR的方法对酵母菌乙醇脱氢酶（ADH）的mRNA表达进行检测，发现黑豆皮乙醇粗提物可以提高乙醇脱氢酶基因mRNA的表达水平，从而促进酒精发酵过程。活性成分分离鉴定：制备型HPLC对粗提物进行纯化，并经过质谱和核磁共振鉴定活性成分为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。

2．选题来源：家里每天早晨喝黑豆豆浆，妈妈说黑豆非常有营养，还能使白发变黑，《本草纲目》中就有记载，于是激发我研究欲望。

3．研究目的：研究黑豆皮对酵母菌繁殖和细胞结构及乙醇产量的影响，并研究机理。

4．基本思路：①验证功效②对功效物质进行提取③探究机理④分离鉴定活性成分。

5．研究过程：发现问题——提出假设——查资料——设计方案——实验研究——撰写报告。

6．科学方法和科学原理：实验设计原则：比较法、重复、对照、控制变量。实验方法：无菌操作法、显微计数法、扫描电镜观察法、气相色谱法、PCR、电泳、质谱、核磁共振等。

7．创新点：证实黑豆皮乙醇提取物促进酵母繁殖；提高酵母菌乙醇发酵产量；保护细胞结构；能促进酵母乙醇脱氢酶基因mRNA表达；分离鉴定活性成分矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。

8．他人同类研究情况：主要集中在开发食品营养成分，黑豆色素的提取方法和抗氧化，黑豆对酵母菌影响未见报道。

9．下一步计划：①确定粗提取中是否还有更高效的活性物质。②活性成分在不同培养条件下对酵母菌的效果。