不同年限稻鸭共作对水体藻类群落结构的影响

为探究不同规模、不同年限稻鸭共作系统水体藻类群落组成及多样性的差异,通过设置不同年限(4、20 a)和不同规模(0.067、0.200、0.333 hm~2)稻鸭共作田,利用高通量测序等手段,分析稻鸭共作田水体藻类多样性及群落结构的变化规律。结果表明:稻鸭共作田水体藻类的丰富度指数较非稻鸭共作田高,长期稻鸭共作田水体藻类Ace丰富度指数较短期共作田高,物种数增多;稻鸭共作田与非稻鸭共作田水体藻类优势种均为裸藻、绿藻、蓝藻,但稻鸭共作田绿藻、蓝藻的相对丰度高于非稻鸭共作田,另外稻鸭共作田规模大小影响蓝藻的相对丰度,规模越大蓝藻相对丰度越低;稻鸭共作田藻类多样性指数比非稻鸭共作田高,水体藻类群落结构差异较大,稻鸭共作系统的水体藻类群落结构表现出一定的相似性。冗余分析表明,对于稻鸭共作后期而言,影响非稻鸭共作田水体藻类群落结构的主要环境因子是溶解氧,而影响稻鸭共作水体藻类群落结构的环境因子是可溶性钾和pH。研究表明,长期稻鸭共作系统提高水体藻类多样性,改变藻类群落组成,从而影响农田水体生态环境。     

生草对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响

为探究不同生草模式对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响,试验设置多年生黑麦草+毛苕子(Mode 1)、多年生黑麦草+草木樨(Mode 2)、多年生黑麦草+白三叶(Mode 3)及鼠茅草(Mode 4),以自然生草处理为对照(CK),观察草种生长特性、研究生草对果园耕层(0～20 cm)土壤养分影响,采用高通量测序法分析细菌群落结构。结果表明：鼠茅草越冬率最高,样地杂草株数最少。人工生草较自然生草有机质提高了6.46%～38.63%,以多年生黑麦草+毛苕子效果更为明显,且该处理提高土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性最为显著,分别为3.37、44.17和3.46 mg·d^-1·g^-1。同时,与自然生草相比,多年生黑麦草+毛苕子、多年生黑麦草+草木樨和多年生黑麦草+白三叶提高了土壤细菌群落的丰富度和多样性,多年生黑麦草+毛苕子存在最多差异显著的细菌分支。综上,关中地区有机猕猴桃园种植多年生黑麦草+毛苕子在一定程度上有助于提高土壤有机质及养分含量,改善土壤微生态环境。     

Improving the efficiency of plant root system phenotyping through digitization and automation

Root system architecture (RSA) determines unevenly distributed water and nutrient availability in soil. Genetic improvement of RSA, therefore, is related to crop production. However, RSA phenotyping has been carried out less frequently than above-ground phenotyping because measuring roots in the soil is difficult and labor intensive. Recent advancements have led to the digitalization of plant measurements; this digital phenotyping has been widely used for measurements of both above-ground and RSA traits. Digital phenotyping for RSA is slower and more difficult than for above-ground traits because the roots are hidden underground. In this review, we summarized recent trends in digital phenotyping for RSA traits. We classified the sample types into three categories: soil block containing roots, section of soil block, and root sample. Examples of the use of digital phenotyping are presented for each category. We also discussed room for improvement in digital phenotyping in each category.     

基于转录组测序分析象草木质素合成的研究

采用高通量测序技术Illumlna HiSeq 2000对高木质素的象草品系eg7和低木质素的象草品系eg87(对照)茎组织进行转录组比较测序。测序获得了169630902个序列读取片段(reads),包含13788439920nt碱基信息。对reads进行序列组装,获得87641个单基因簇(unigene),平均长度580nt。从长度分布、GC含量等方面对unigene进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。将获得的unigene与Nr、Nt、Swiss-Prot、COG、GO和KEGG数据库进行序列同源性比较和功能分析,62557个unigene与其他生物的已知基因具有不同程度的同源性,象草与高粱序列同源性最高。共鉴定出33323个差异表达基因,其中上调基因9704个(29.12%),下调基因23619个(70.88%);GO分析显示39968个unigene归为54个功能类别,大量unigene与细胞进程、代谢过程、催化活性等相关;KEGG pathway分析富集得到127条代谢通路,包括光合作用、betalain生物合成、苯丙烷类代谢、苯丙氨酸代谢等,苯丙烷类代谢途径差异基因富集程度高、差异基因数目最多,达285条,该途径中64条木质素单体合成酶基因表达上调,79条ClassⅢ型植物过氧化物酶基因表达下调、22条上调。挑选9个差异基因进行qRT-PCR验证,9个基因的表达趋势与高通量测序结果一致。为象草的分子生物学研究提供了宝贵的基因组数据,对于了解象草茎生物合成与木质素调控基因挖掘和多用途定向育种具有指导意义。     

北京地区侵染茄子的番茄斑萎病毒分子鉴定与分析

调查发现北京地区一温室栽培茄子Solanum melongena L.出现严重病毒病。利用基于小RNA的高通量测序技术和RT-PCR方法,明确了引起茄子病害的病毒种类为番茄斑萎病毒,将其命名为TSWV-eggplant分离物。进一步克隆了该病毒的基因组全长(S RNA、M RNA、L RNA),并构建其系统发育树。结果表明,该分离物的S RNA与美国分离物亲缘关系较近,M RNA与中国分离物亲缘关系较近,而L RNA与韩国分离物亲缘关系较近。因此,本研究发现的TSWV分离物与国内已发生报道的分离物不同,该分离物是否存在不同分离物之间基因组的重组需要进一步研究。     

林蛙养殖场地土壤菌群结构及潜在病原菌分析

试验旨在了解林蛙养殖场地土壤菌群组成和结构特征、喷洒益生菌后的土壤菌群变化和潜在致病菌的种类与数量。试验设置3个组：养殖场地组、益生菌喷洒组和半人工养殖组,用高通量测序技术进行检测。3个试验组共获得191 588条有效序列,1 369个操作分类单元（operational taxonomic units,OTU）,经分类学鉴定分属于438个属,29个门。3组样本菌群数量较大,多样性水平也相对较高。优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）;优势菌属为黄杆菌属（Flavobacterium）、热单胞菌属（Thermomonas）、Sphingopyxis、紫杆菌属（Porphyrobacter）、蓝细菌纲中未定种类（norank_c__Cyanobacteria）。各分组之间菌群多样性差异不显著,各组菌群结构相似度高。土壤中潜在的红腿病致病菌在属的水平有气单胞菌属（Aeromonas）、柠檬酸杆菌属（Citrobacter）、金黄杆菌属（Chryseobacterium）、假单胞菌属（Pseudomonas）。喷洒益生菌后土壤菌群变化不明显。本研究为全面了解东北林蛙养殖场地土壤微生物组成及变化、发掘有益微生物种类和东北林蛙疾病的预防和治疗提供理论依据。     

基于机器视觉的稻茬麦单茎穗高通量表型分析

【目的】高通量表型技术不仅是现代育种领域的重要手段,也是解析田间作物生理生态行为的工具,但不同类别高通量表型技术的基础架构特征仍不清楚,因此需要针对机器视觉高通量表型技术进行专门探讨。【方法】本文用机器视觉技术检测计算稻茬麦茎穗一体的表型指标。使用宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种,进行小区化对比试验,使用等孔距栅条精播板进行单粒精播,准确控制条播小麦的群体条件。于稻茬麦成熟期进行茎穗一体图像获取,对图像进行灰度增强、直方图均值化、S分量提取、Otsu阈值分割、茎穗分离和茎穗形态参数提取等操作。提取的稻茬麦地上部单茎穗各器官的形态参数包括茎秆长、茎秆平均宽度、茎秆投影面积、茎秆周长、麦穗长、麦穗平均宽度、麦穗投影面积和麦穗周长。同时,使用传统方法获取小麦单叶片质量、单茎秆质量、单穗质量和单穗籽粒产量等农艺性状指标。分别构建线性模型、二次模型、指数模型及拓展模型进行多维指标拟合,包括小麦单茎穗生物量与单穗籽粒产量关系、单茎穗的麦穗形态参数与单穗籽粒产量关系等拟合分析。在单茎穗层面对小麦茎穗的表型指标与单穗籽粒产量之间的关系进行相关分析和回归分析,进而基于机器视觉在小麦茎穗一体方面的个例应用,讨论大田高通量表型分析的机器视觉技术研发的要点。【结果】宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种的单叶片质量与单穗籽粒产量的相关系数依次下降,小麦单茎穗形态参数与单穗籽粒产量的相关性显著低于生物量指标,但单穗投影面积、单穗长与单穗籽粒产量依然存在显著正相关。3个小麦品种在单茎穗的各生物量指标与单穗籽粒产量的最优回归模型各不相同,麦穗图像的形态参数不能准确反映单穗籽粒产量,但单茎穗的茎秆和麦穗形态参数的组合应用表现出最佳的拓展模型拟合结果。利用茎穗一体的数字图像处理所得的复合型形态参数可以准确预测单穗籽粒产量,从而表明利用机器视觉技术观测小麦的生长过程并实时预测产量的可行性。【结论】机器视觉技术能提供远高于常规农艺性状的高通量指标集,为解析各类农艺性状之间的联系及产量的通径分析提供更多的途径,但也造成高维指标集和有价值信息提取的技术困难。应用于田间小麦群体的机器视觉技术应具备多尺度智能化自适应的技术架构,同时应具备基于场景、群体、个体和器官的多空间尺度和苗期、分蘖期、拔节期等多生理时间尺度的统计性数字表型发现和计算能力,同时,机器视觉各技术研发环节和各技术模块都需要农艺学深度参与和校准,而配备标准表型数据库更是保障高通量技术实用性和可靠性的基础。     

橡胶树林长期喷施硫磺对土壤细菌多样性的影响

分析橡胶林园长期大量喷施硫磺对橡胶林园土壤细菌群落组成及多样性的影响。采用高通量测序技术测定西双版纳橡胶园研究区4个硫磺喷洒浓度梯度和1个空白对照的橡胶林土壤细菌的16S序列，测定土壤细菌群落组成及多样性的变化，并分析环境因子对细菌组成的影响。结果表明，在OTU水平上，序列分析得到的物种数（Sobs）以空白对照组土壤样本最低，其与喷施0.5、1.0倍和1.5倍硫磺土壤样本有显著差异；各组间的覆盖度指数（Coverage）、丰富度指数（Chao）和多样性指数（Simpson和Shannon-wiener）无显著差异；增加硫磺喷施浓度对Verrucomicrobia（疣微菌门）、Planctomycetes（浮霉状菌门）、Latescibacteria菌群生长有促进作用，1.5~2.0倍硫磺到达促进作用的顶点；土壤有机质与细菌群落间无显著相关性。通过高通量测序技术分析喷施不同浓度梯度硫磺的土壤，速效P、全K和pH是影响土壤细菌多样性的重要因素。当前硫磺喷施量对橡胶林土壤细菌α多样性有显著促进作用，但对橡胶林土壤细菌的组成无显著影响。     

细粒棘球绦虫miRNAs的鉴定及分析

细粒棘球绦虫具有复杂的基因调控模式,在中间宿主和终末宿主体内具有截然不同的生物学特性。miRNA是真核生物内存在的非常重要的调控因子,本研究采用Solexa高通量测序技术,对G1株原头蚴mi-croRNAs进行了鉴定和分析,总共发现了108条miRNAs,其中26条属于保守家族,82条是细粒棘球绦虫特有。