發(fā)布時間：2017-12-20 00:31

  本文關(guān)鍵詞：面向植物電生理多源數(shù)據(jù)的在線分析方法研究　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：植物電信號是植物受到環(huán)境或者外界刺激后產(chǎn)生的直接響應(yīng),具有重要的生理意義。當(dāng)前植物電生理數(shù)據(jù)量不斷增加,但較少公開和共享,僅能應(yīng)用于實驗室內(nèi)部,從而限制了植物電信號研究的發(fā)展,同時植物電信號分析方法中一些基礎(chǔ)的問題還未解決。因此,為了解決植物電信號的數(shù)據(jù)共享與在線分析,本研究主要內(nèi)容如下：1.植物動作電位(Action potential, AP)由非傷害刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生的,是研究植物電信號最常用的電信號。但是植物電信號研究人員和初學(xué)者仍然很難單憑肉眼分辨出植物動作電位。因此針對具有不應(yīng)期、變異性、不連續(xù)而且包含了噪聲和偽跡的AP信號,本文提出了基于差分閾值的AP波形檢測算法和基于模板匹配的分類算法。首先,通過動態(tài)差分閾值提取所有類似的AP波形,然后基于增量更新的模板匹配算法用于AP信號分類。同時,基于時域、頻域、統(tǒng)計和非線性分析方法,提取了19項特征,并使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機和深度學(xué)習(xí)進行分類。四類算法的實驗結(jié)果表明,模板匹配算法具有最好的分類性能,分類正確率為96%。2.為了獲取植物電信號的傳導(dǎo)規(guī)律,本文采用了傳統(tǒng)的格蘭杰因果分析和傳遞熵分析方法,以光學(xué)記錄數(shù)據(jù)和多電極陣列數(shù)據(jù)為例,分別從三個層次上,推理出植物電信號傳導(dǎo)的因果網(wǎng)絡(luò)。首先,在細(xì)胞級別,對植物保衛(wèi)細(xì)胞的熒光圖像電信號,計算細(xì)胞之間的電信號因果網(wǎng)絡(luò)。第二,在多細(xì)胞層次,使用了向日葵莖稈組織的熒光圖像,根據(jù)提取的電信號,證實了電信號在韌皮部傳導(dǎo)的因果網(wǎng)絡(luò)。第三,使用向日葵葉片的MEA數(shù)據(jù),計算電信號在葉片傳導(dǎo)的因果網(wǎng)絡(luò)。而且利用對比數(shù)據(jù),驗證了當(dāng)沒有產(chǎn)生電信號時,網(wǎng)絡(luò)連接基本消失。3.根據(jù)植物電生理數(shù)據(jù)的特點,初步實現(xiàn)了基于Web的多源電生理數(shù)據(jù)的共享存儲和在線計算。首先,使用HDFS存儲植物細(xì)胞熒光圖像序列、胞外記錄數(shù)據(jù)文件和MEA數(shù)據(jù)。其中對于小文件如圖像序列和胞外文件,使用MapFile合并小文件,并對小文件合并、元數(shù)據(jù)緩存的存儲性能進行測試。第二,實現(xiàn)了基于Web的植物熒光圖像電信號的提取與可視化。包括使用MapReduce/Spark從圖像中提取植物電信號,電信號的時空可視化,基于傳遞熵和格蘭杰方法實現(xiàn)的電信號因果網(wǎng)絡(luò)推理及在線可視化。第三,實現(xiàn)了基于Web的元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的存儲,提供了對胞內(nèi)外記錄數(shù)據(jù)、MEA數(shù)據(jù)的時間序列的可視化和數(shù)據(jù)注釋功能。第四,基于自適應(yīng)的差分閾值算法,在線的提取出電信號中AP波形,從波形中提取出15項特征。繼而,利用模板匹配算法,實現(xiàn)了在線的植物電信號分類。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;Q945

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本文編號：1310072