基于高光谱和激光雷达遥感的水稻产量监测研究

【背景】快速、准确地估算水稻产量对于肥水精确管理及国家粮食政策的制定至关重要。高光谱与激光雷达遥感作为2种不同的主被动监测技术,为水稻长势信息获取提供了多样化手段。【目的】对比2种遥感监测手段在不同生态点的独立数据集中的验证精度,寻求可移植性强的产量估算模型,对水稻长势监测提供理论与技术支撑,及为精确农业提供科学指导具有重要意义。【方法】本研究通过实施3年（2016—2018年）包含不同地点、不同品种与不同氮素水平的水稻田间试验,在抽穗后各时期同步获取点云数据和光谱数据,结合线性回归与随机森林回归来估算产量,探究抽穗后点云数据与光谱数据估算水稻产量的差异;同时评估产量模型在不同数据集的时空可移植性,寻求可移植性强的产量估算模型。【结果】利用点云数据估算产量的精度（R² = 0.64—0.69）优于光谱数据的估算精度（R² = 0.20—0.58）;基于线性回归的产量估算模型,其验证精度明显优于基于随机森林回归的产量模型;产量模型在同一生态点的可移植性更强（不同生态点：RRMSE 16.69%—17.85%;同一生态点：RRMSE 11.37%—12.41%）。【结论】本研究为抽穗后水稻产量监测提供了新的方法和不同遥感手段的性能比较,为收获前作物产量的实时估算提供重要支撑。激光雷达技术凭借其全天候工作的特点,在长江中下游水稻产量实时监测中有着较好的应用前景。     

基于新遗传连锁图谱的豇豆抗豆象QTL定位

【目的】豆象是危害豇豆最主要的仓储害虫。发掘豇豆抗豆象基因为抗性品种的选育,以及减少豆象对豇豆生产的危害奠定基础。【方法】以中豇1号（感）和Pant-lobia-1（抗）为亲本构建的包含282个株系的RIL群体为研究材料,利用人工接种法分别对282个株系接种绿豆象和四纹豆象,进行抗豆象表型鉴定,并利用两亲本对3 992个来源于绿豆、小豆和豇豆的SSR标记进行多态性筛选,然后利用筛选到的多态性标记对282个株系进行基因型分析,最后结合RIL群体各株系抗豆象表型鉴定数据和基因型分型数据,采用完备区间作图法（ICIM-ADD）进行抗豆象QTL定位分析,在此基础上构建遗传连锁图谱,并定位豇豆抗豆象基因。【结果】中豇1号和F₁籽粒的被害率均为100%,Pant-lobia-1籽粒的被害率分别为22.5%和42.5%。推测Pant-lobia-1对绿豆象和四纹豆象的抗性均为隐性遗传;筛选到182个多态性标记,利用这些多态性标记构建了一个包含11个连锁群的豇豆遗传连锁图谱,图谱总长1 065.23 cM,相邻标记间平均遗传距离为5.85 cM;经2种豆象处理,分别在连锁群1和连锁群5上检测到2个稳定的QTL位点,暂定名为vubr1-1和vubr5-1,其中vubr1-1位于标记XD11-44和HAAS_VR_2274之间,标记间的遗传距离为7.6 cM,在2种豆象处理中分别可以解释表型变异的7.16%和6.92%;vubr5-1位于标记XD1-14和CP185之间,标记间的遗传距离为2.90 cM,在2种豆象处理中分别可以解释表型变异的6.96%和6.37%。【结论】构建了一个包含11个连锁群、182个多态性标记的豇豆遗传连锁图谱,检测到2个与抗豆象相关的QTL位点。     

中晚熟区主要高粱品种耐瘠性综合评价

【目的】土壤肥力是影响作物生长发育和产量的重要因素。中国人均耕地资源缺乏,全国约有21.95%的耕地生产障碍问题突出,保障中国未来粮食安全不仅要兼顾现有耕地产能提升,同时要高度重视后备耕地资源合理开发利用,因此,在贫瘠的土地上种植耐瘠作物,避免与主要粮食作物生产竞争,对满足粮食需求至关重要。为利用边际土地发展高粱生产,2019年在山西省榆次区比较研究中晚熟区高粱品种耐瘠性差异,筛选耐瘠性强的高粱品种和高粱耐瘠性评价指标,为边际土壤高粱种植品种筛选提供依据。【方法】以23个高粱品种为试验材料,采用大田试验,设置高土壤肥力（对照处理）和低土壤肥力（瘠薄胁迫）2个处理,调查其对高粱产量性状、干物质积累、养分吸收等15个指标影响,计算各指标的耐瘠指数,采用基于主成分分析的隶属函数法与聚类分析评价参试高粱的耐瘠能力,筛选耐瘠品种;利用耐瘠指数和耐瘠综合评价值（D值）,通过回归分析与相关性分析确定高粱耐瘠性鉴定的适宜指标。【结果】瘠薄胁迫下,高粱产量、穗粒数、收获指数（HI）、干物质积累量、抽穗后干物质积累量、抽穗时叶面积指数（LAI）、穗长和穗宽有不同程度降低,降低幅度依次为抽穗后干物质积累量>产量>穗粒数>干物质积累量>LAI>穗宽>HI;籽粒氮、磷、钾累积量和植株氮、磷、钾累积量有不同程度下降,其中,氮累积量对瘠薄胁迫最为敏感。通过主成分分析将15个指标转化成5个综合指标（累计贡献率为89.28%）,计算各参试品种D值,聚类分析后,将23个高粱品种划分为4种类型,其中,耐瘠性强6个（0.633≤D≤0.755）、耐瘠性较强7个（0.467≤D≤0.592）、耐瘠性较弱7个（0.310≤D≤0.421）和耐瘠性弱3个（0.166≤D≤0.246）。不同高粱品种中,冀酿2号、辽杂19、晋杂18、晋杂22、金丰301和晋杂28的D值最高。利用逐步回归分析建立高粱耐瘠评价的最优回归方程,筛选出产量、干物质累积量、植株氮累积量、籽粒磷累积量、籽粒钾累积量和穗宽6个指标对高粱耐瘠能力有显著影响。相关性分析表明,干物质积累量、产量、植株氮累积量、植株磷累积量、籽粒氮累积量和籽粒磷累积量的耐瘠指数与D值的相关性较高,其相关系数分别达到0.845、0.836、0.766、0.778、0.761和0.757。【结论】在瘠薄胁迫条件下,不同高粱品种耐瘠性存在遗传差异,冀酿2号、辽杂19、晋杂18、晋杂22、金丰301和晋杂28为耐瘠性强的品种。产量、干物质累积量、植株氮累积量和籽粒磷累积量可用于高粱耐瘠能力的快速评价。     

UV-C处理穿心莲转录组分析及穿心莲内酯合成相关基因挖掘

【目的】对紫外线C（UV-C）处理的穿心莲叶片进行转录组测序分析,挖掘穿心莲内酯合成相关基因,为深入探究穿心莲内酯合成相关基因的调控机制和生物学功能提供理论参考。【方法】选用生长60 d的穿心莲幼苗为材料,经UV-C照射2 h后,利用Illumina HiSeq二代测序平台进行转录组测序,并结合生物信息学软件和实时荧光定量PCR （qRT-PCR）对所得序列进行功能注释和相对表达水平验证,挖掘响应UV-C的穿心莲内酯合成相关基因。【结果】共注释到21545个穿心莲基因,有2137个基因呈显著差异表达模式,其中,1147个基因显著上调表达,990个基因显著下调表达。GO功能注释结果显示,UV-C处理造成了氧化胁迫,线粒体氧化磷酸化电子传递链的NADH脱氢酶基因上调表达。KEGG代谢通路富集结果显示,二萜类物质穿心莲内酯的前体（E,E,E）-香叶基香叶基二磷酸（GGPP）合成途径[甲羟戊酸（MVA）途径和2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径]差异表达基因显著富集。转录组测序结果和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测结果均显示,MVA途径的4种合成酶基因HMGS（CXN00016849）、HMGR（CXN00000058）、MVK（CXN00002900）和MVD（CXN00004398）及GGPP合成关键酶基因FPS的表达量显著上调;MEP途径中,仅DXS（CXN00013302）的表达量显著下调。蛋白互作预测结果显示,2个途径中的差异表达基因编码蛋白之间存在互作,HMGS与CYP71家族成员之间,以及FPS1与UGT71、UGT73和UGT76之间的互作网络丰富。【结论】 UV-C照射调控穿心莲重要生命进程,其中,次生代谢、氧化磷酸化、光合作用等途径基因转录本的相对表达量呈UV-C特异性响应模式。合成穿心莲内酯前体GGPP的细胞质MVA途径基因显著上调表达,推测UV-C诱导穿心莲内酯合成的主要场所为细胞质。穿心莲MVA途径基因及CYP71、UGT71、UGT73和UGT76可作为穿心莲内酯合成途径研究的候选分子靶标。     

基于“三生”空间视角的中国农业文化遗产研究文献分析与评述

本研究基于“生产、生活、生态”的空间理论视角,揭示中国农业文化遗产“三生”空间人地关系的研究现状。以“农业文化遗产”为关键词,采用Citespace5.5文献计量分析工具和归纳方法,梳理了近年来中国农业文化遗产的研究成果,结果表明:2005—2020年中国农业文化遗产的研究经历了初步探索、波动增长、平稳发展三个阶段,各个阶段上的研究热点具有明显差异。目前中国农业文化遗产在景观价值挖掘、旅游开发、乡村振兴等领域的研究成果已初具规模,但在基础性理论方面尚未形成权威的认知。农业文化遗产在“三生”空间上的研究对于解决“三农”问题具有重要的实践意义,今后应更加关注基础理论的更新、强化实证研究、贯彻“分层”保护思维、完善社区参与、加快农业文化遗产地的评价指标体系构建和动态保护,以期实现农业文化遗产的高效利用及可持续发展。     

Neopestalotiopsis eucalypti,a causal agent of grapevine shoot rot in cutting nurseries in China

Grapevine (Vitis vinifera L.) is an economically important fruit crop in the world, and China ranks first in the production of grapes with approximately 15% of the world's total yield. However, diseases that cause the death of grapevine shoots pose a severe threat to the production of grapes. In this study, the fungus Neopestalotiopsis eucalypti was identified as a causal pathogen of grapevine shoot rot based on the morphology of conidia and a phylogenetic analysis. The phylogenetic analysis was performed with three isolates based on the combined sequence of internal transcribed spacer (ITS) region of ribosomal DNA, part of the translation elongation factor 1-alpha (Tef) and the β-tubulin (Tub2) genes. The three isolates were all identified as N. eucalypti. Pathogenicity tests of the three fungal isolates were conducted on grapevines shoots in vitro and in vivo. The results showed that all three fungal isolates caused severe rot lesions on the inoculated grapevine shoots, and N. eucalypti was re-isolated from the inoculated grapevine shoots. Therefore, N. eucalypti was confirmed as a causal agent of the grapevine shoot rot. This is the first report of N. eucalypti causing grapevine shoot disease in China.     

基于源分离人尿的资源化利用技术研究进展

人尿中含有丰富的营养物质,随意排放不仅带来环境污染,而且会造成资源的浪费。近几年,源分离人尿的资源化利用在工程领域受到了越来越多的关注。本文综述了以资源化利用为目的的人尿处理技术,包括农田利用技术、氮回收技术、磷回收技术、钾回收技术及生化药品提取技术,旨在为我国人尿高效资源化利用寻求可推广可应用的技术方法。综述结果表明尿液具有巨大的资源回收利用潜力,用于处理源分离尿液的技术有很多,但是除了直接还田技术外,其他技术均还停留在实验室研究阶段,尿液资源化利用技术的实际工程应用还有待进一步研究推广。     

烤烟油菜轮作及平衡施肥对土壤有机碳含量的影响

为探究烤烟油菜轮作及平衡施肥对土壤有机碳(SOC)含量的影响,通过田间小区试验,采用双因素裂区设计,测定烤烟与3个油菜品种（‘重蓉油1号’、‘德油早1号’和‘GSX-1’）轮作以及平衡施肥（减氮和增磷）下油菜季与烤烟季土壤的总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)含量。结果表明,从油菜移栽初期到收获,SOC含量均有不同程度的上升,上升幅度为7.7%~166.49%;轮作处理的TOC含量和DOC含量相较对照有所增加,且收获期（180天）的TOC含量和DOC含量以‘重蓉油1号’最高,分别为对照处理的1.26和4.78倍。在烤烟整个生育期内,除个别处理外,其他土壤DOC含量呈下降趋势,TOC含量有所增加。此外,就施肥模式而言,减氮处理效果最佳。在烤烟收获期,除‘德油早1号’外,土壤TOC含量均以减氮处理最高,分别为常规施肥处理的1.20、1.44和1.02倍。综上,‘重蓉油1号’油菜与烤烟轮作、减施氮肥时SOC含量较高,是当地较优的种植模式。