【摘要】：花生(Arachis hypogaea L.)是我國(guó)主要油料作物和優(yōu)勢(shì)出口農(nóng)產(chǎn)品,是食油兼用型經(jīng)濟(jì)作物,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高兼具食療功能,在中國(guó)及世界油料生產(chǎn)中占有重要地位。然而花生易受真菌侵染產(chǎn)生黃曲霉毒素,嚴(yán)重影響人體健康,已成為影響我國(guó)花生消費(fèi)安全和世界貿(mào)易的主要制約因素。花生黃曲霉毒素污染可以發(fā)生在種植、收獲、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié),其中收獲前田間污染過(guò)程既是花生黃曲霉毒素污染的主要原因,也是儲(chǔ)藏期污染的源頭。花生黃曲霉毒素污染防控是一個(gè)世界性難題,由于我國(guó)花生品種繁多,土壤類(lèi)型和氣候類(lèi)型多樣,因此了解花生黃曲霉毒素污染時(shí)空消長(zhǎng)變化趨勢(shì),解析品種抗性、土壤類(lèi)型、真菌產(chǎn)毒力及氣候條件對(duì)其影響,開(kāi)展花生黃曲霉毒素污染預(yù)警模型研究,構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品真菌毒素污染預(yù)警系統(tǒng)與黃曲霉毒素污染早期甄別技術(shù),變事后處理為事前預(yù)防,對(duì)花生黃曲霉毒素污染科學(xué)控制具有重要意義。本文基于連續(xù)十年花生主產(chǎn)區(qū)的黃曲霉毒素污染數(shù)據(jù)和產(chǎn)毒真菌分布以及收集權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的品種信息、產(chǎn)地土壤數(shù)據(jù)與氣候數(shù)據(jù),探明了我國(guó)花生黃曲霉毒素污染消長(zhǎng)變化及其與影響因素的關(guān)聯(lián),建立了適于中國(guó)花生黃曲霉毒素污染狀況的規(guī)則分類(lèi)—平衡取樣—隨機(jī)森林預(yù)警模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)黃曲霉毒素污染的預(yù)測(cè),為從源頭開(kāi)展花生黃曲霉毒素風(fēng)險(xiǎn)治理提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。主要研究方法與研究結(jié)果如下:1.明確了我國(guó)花生AFB_1的空間分布特征,繪制出中國(guó)花生AFB_1的污染分布地圖。主要結(jié)果如下:(1)采用地統(tǒng)計(jì)分析對(duì)中國(guó)花生污染的AFB_1進(jìn)行時(shí)空分析,獲得了中國(guó)花生黃曲霉毒素的污染模式,表明中國(guó)花生AFB_1呈現(xiàn)顯著的時(shí)間和空間差異;(2)利用GS+10.0軟件獲得全方位的半變異函數(shù),表明花生AFB_1含量具有空間自相關(guān),2009-2017年花生AFB_1半變異模型為球狀模型;(3)利用普通克里金插值獲得未取樣地區(qū)的待測(cè)值,生成中國(guó)花生AFB_1的污染分布地圖,表明我國(guó)花生AFB_1污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域呈分散分布,與這些地區(qū)花生品種、土壤類(lèi)型、菌種產(chǎn)毒力、氣候條件等因素相關(guān)。2.分析了2009-2017連續(xù)九年我國(guó)花生黃曲霉毒素污染消長(zhǎng)變化,并闡述了花生品種抗性、土壤類(lèi)型、菌株產(chǎn)毒力及氣候條件對(duì)其產(chǎn)生的影響。主要結(jié)果如下:(1)黃曲霉毒素污染存在年度間差異,2017、2014、2015和2013年黃曲霉毒素污染水平高于其它年份,總量污染水平分別為26.67±116.53μg/kg、17.49±72.01μg/kg、15.33±87.19μg/kg和13.95±52.65μg/kg。2009年和2010年黃曲霉毒素污染水平最低,總量污染水平分別為2.40±32.48μg/kg和4.32±35.15μg/kg。(2)黃曲霉毒素污染存在地區(qū)間差異,長(zhǎng)江流域主產(chǎn)區(qū)的花生黃曲霉毒素污染水平最高,不同省份總量污染范圍為5.59-37.15μg/kg。其次是南方主產(chǎn)區(qū)(總量污染范圍為4.23-19.23μg/kg)和北方主產(chǎn)區(qū)(總量污染范圍為1.78-9.11μg/kg)。東北主產(chǎn)區(qū)的污染水平最低,黃曲霉毒素總量不超過(guò)1.00μg/kg。(3)黃曲霉毒素低抗品種、砂土土質(zhì)、高產(chǎn)毒力菌株在超標(biāo)樣品中占比較大,高溫干旱區(qū)域與黃曲霉毒素污染嚴(yán)重區(qū)域重合,驗(yàn)證了各影響因素對(duì)花生黃曲霉毒素污染消長(zhǎng)變化的影響,為建立收獲前花生黃曲霉毒素污染大尺度宏觀預(yù)警模型奠定基礎(chǔ)。3.建立了適合中國(guó)的規(guī)則分類(lèi)—平衡取樣—隨機(jī)森林花生黃曲霉毒素預(yù)警模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。主要結(jié)果如下:(1)確定了中國(guó)花生黃曲霉毒素預(yù)警模型的主要?dú)夂蜃兞?即緯度、8-20時(shí)降水量、平均氣壓和日平均氣溫。利用各氣候參數(shù)與AFB_1之間的最大互信息系數(shù)值排序,初選得到8個(gè)變量:緯度、平均地表氣溫、日最低地表氣溫、8-20時(shí)降水量、平均氣壓、日最低氣壓、日平均氣溫和日最高氣溫;綜合考慮初選變量間的多重共線性與全面性,本研究最終確定建模氣候變量為:緯度、8-20時(shí)降水量、平均氣壓和日平均氣溫。(2)建立了模型分類(lèi)規(guī)則,即高緯度區(qū)域(≥40°N)、低緯度區(qū)域(≤21°N)與低溫區(qū)域(日平均氣溫≤16.8oC)適合制定規(guī)則。通過(guò)分析主要?dú)夂蜃兞颗c總樣本及AFB_1污染樣本分布的關(guān)系,可知高緯度區(qū)域(≥40°N)、低緯度區(qū)域(≤21°N)與低溫區(qū)域(日平均氣溫≤16.8oC)沒(méi)有超限樣本分布,即為了提高模型精度可將此區(qū)域樣品直接認(rèn)定為未超限樣品。(3)建立了平衡取樣—隨機(jī)森林模型,對(duì)花生AFB_1是否超限預(yù)測(cè)精度達(dá)95%以上。以篩選得到的4個(gè)主要?dú)夂蛞蜃优c花生品種抗性、土壤類(lèi)型及真菌產(chǎn)毒力為模型輸入?yún)?shù),利用平衡取樣—隨機(jī)森林方法進(jìn)行分類(lèi)預(yù)測(cè)。結(jié)果表明當(dāng)分類(lèi)閾值為20μg/kg和5μg/kg時(shí),未超限樣本預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率分別為98.94%和96.97%,超限樣本分類(lèi)準(zhǔn)確率均為100%。同其他常用分類(lèi)器(決策樹(shù)、支持向量機(jī)、K—近鄰法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))相比較,隨機(jī)森林能有效分離超限與未超限樣品,具有較高的預(yù)測(cè)精度。(4)明確了模型輸入?yún)?shù)對(duì)花生AFB_1分類(lèi)預(yù)測(cè)的貢獻(xiàn)率排序。進(jìn)一步分析輸入?yún)?shù)在分類(lèi)模型中的貢獻(xiàn)率排序,結(jié)果表明當(dāng)以20μg/kg和5μg/kg為閾值時(shí),7個(gè)輸入?yún)?shù)在隨機(jī)森林分類(lèi)模型中的貢獻(xiàn)率排序依次為:緯度日平均氣溫8-20時(shí)降水量平均氣壓品種抗性土壤類(lèi)型真菌產(chǎn)毒力。(5)初步驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)效果,其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為86.89%。利用建立的規(guī)則分類(lèi)—平衡取樣—隨機(jī)森林預(yù)警模型對(duì)2018年收獲的花生AFB_1含量進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明綜合規(guī)則分類(lèi)樣本,當(dāng)分類(lèi)閾值為20μg/kg和5μg/kg時(shí),樣本分類(lèi)準(zhǔn)確率均為86.89%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TS222.1
【圖文】：

1.3 黃曲霉毒素（AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、AFM1和 AFM2）的化re 1.3 Chemical structures of aflatoxins (AFB1, AFB2, AFG1, AFG2, AFM1表 1.1 黃曲霉毒素的熔點(diǎn)和紫外吸收Table 1.1 Melting-points and ultraviolet absorption of aflatoxins分子式 分子量 熔點(diǎn)（oC）紫外線吸收（λmax(nm)ε (C17H12O6312.3 268-269（分解溫度） 223 25（不溶于氯仿） 265 13362 21C17H14O6314.3 286-289（分解溫度） 265 11（不溶于氯仿-正戊烷） 363 23C17H12O7328.3 244-246（分解溫度） 243 11（不溶于氯仿甲烷） 257 9 9264 10362 16C17H14O7330.3 237-240（分解溫度） 265 9 7（不溶于乙酸乙酯） 363 21C17H12O7328.3 299（分解溫度） 226 23（不溶于甲醇） 265 11357 19 2001

1 花生樣品1.1 花生取樣范圍與取樣量鑒于氣候類(lèi)型、土壤類(lèi)型、花生品種和種植方式等的差異，將中國(guó)的花生主產(chǎn)區(qū)分為為東北主產(chǎn)區(qū)（包括黑龍江省、吉林省和遼寧省）、北方主產(chǎn)區(qū)（包括河北省、山）、長(zhǎng)江流域主產(chǎn)區(qū)（包括安徽省、江西省、江蘇省、湖南省、湖北省和四川�。ò◤V東省、廣西壯族自治區(qū)和福建�。▓D 2.1）�；ㄉ闃臃秶采w四大花生的花生樣品覆蓋中國(guó)花生生產(chǎn)總面積的 94%以及總產(chǎn)量的 96%。采用分層隨機(jī)取主產(chǎn)縣根據(jù)種植面積和產(chǎn)量抽取 10-30 份花生樣品，每個(gè)樣品 30 公斤。為抽取的花代表該地區(qū)花生黃曲霉毒素污染狀況，采用四分法分取樣，至少每點(diǎn)取樣樣品 3k中要及時(shí)準(zhǔn)確地記錄樣品信息（包括花生樣品的抽樣地點(diǎn)、品種名稱(chēng)、土壤類(lèi)型、理情況等）。將抽取的帶殼花生樣品在一周內(nèi)晾曬至水分含量低于 11%之后運(yùn)至實(shí)于通風(fēng)干燥的環(huán)境，待測(cè)黃曲霉毒素含量。1.2 花生樣品的制備經(jīng)過(guò)去雜、去塵及脫殼后，用切片機(jī)切片（厚度為 0.5cm），再經(jīng)樣品粉碎機(jī)粉碎， 0.9mm 孔徑的樣品篩，然后將粉碎后的樣品裝于樣品瓶?jī)?nèi) 4oC 儲(chǔ)存，采用高效液gh performance liquid chromatography，HPLC）檢測(cè)黃曲霉毒素含量。

25圖 2.3 2009-2017 年花生 AFB1含量平均值的變異函數(shù)Figure 2.3 Variograms of mean AFB1content in peanut during 2009-2017

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本文編號(hào)：2777745