水稻叶片内卷突变体rl(t)的鉴定与基因定位

【目的】叶片是水稻理想株型的重要内容,叶片适度卷曲可以提高光合效率。对卷叶相关基因进行遗传分析和初步定位,为下一步的基因克隆与功能分析提供研究基础。【方法】利用EMS诱变雄性不育保持系宜香1B获得一份稳定遗传的叶片向内卷曲突变体,暂命名为rl(t)。在成熟期,测定野生型和rl(t)的主要农艺性状;在分蘖期,取野生型和rl(t)叶片用FAA固定液固定进行石蜡切片,同时,用野生型和rl(t)剑叶测定叶绿素含量;在抽穗期,利用Li-6400便携式光合仪测定10株抽穗期的野生型和rl(t)的光合参数;将rl(t)与野生型及日本晴杂交,观察F_1植株表型,对F_2表型分离进行χ~2测验,对突变体进行遗传分析。以rl(t)/日本晴的F_2群体为材料,利用BSA法进行定位。【结果】与野生型相比,突变体叶片向内卷曲明显,叶片更加直立,叶色变深,其他主要农艺性状均有不同程度降低。光合特性分析表明,突变体比野生型具有更高的光合色素含量,但光合效率没有明显差异。叶片组织切片观察表明,突变体中泡状细胞变小可能是导致叶片卷曲的主要原因。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因控制,利用突变体与日本晴的F_2群体进行基因定位,最终将该基因定位在第7染色体长臂InDel标记Ind3和Ind4间610 kb的物理区间。【结论】rl(t)叶片内卷是由于近轴面泡状细胞面积减小。RL(t)定位区间内未见卷叶相关基因报道,推测RL(t)可能是一对新基因。     

不同叶位黄精叶片的光合日变化及其影响因子

【目的】研究不同叶位黄精叶片的光合生理指标日变化规律及环境因子的影响,揭示叶片光合能力的影响因素及其与叶位之间的关系,为黄精光合生产潜力的挖掘提供理论参考。【方法】以黄精为研究对象,采用LI-6400光合仪测定不同叶位叶片的光合日变化,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归分析及通径分析,研究影响不同叶位叶片光合作用的主要环境因子。【结果】①黄精不同叶位间的净光合速率差异显著,表现为中位叶上位叶下位叶,即随叶位升高表现出"低-高-低"的规律。②黄精不同叶位叶片净光合速率日变化均呈"双峰型"曲线,且有较明显的光合"午休"现象。③气孔因素为影响不同时段光合作用的主要限制因素,非气孔因素为影响不同叶位叶片光合作用的主要限制因子。④由相关分析与偏相关分析可知,黄精Pn、Tr、Gs与不同环境因子(RH、VPD、Tl、PAR、Ca)之间均存在相关性。⑤由逐步多元回归分析和通径分析可知,影响黄精Pn、Gs、Tr的主要环境因子为RH和PAR,其中RH为Pn、Gs、Tr变化的主要决策因子,且环境因子对不同叶位叶片的影响有异。【结论】测定黄精植株光合指标时应选第10节位左右的中位叶。黄精栽培过程中应及时去顶,在炎热的正午,可适当提高大气相对湿度以提高净光合效率。     

基于无人机成像高光谱影像的冬小麦LAI估测

利用无人机Cubert UHD185 Firefly成像光谱仪和ASD光谱仪获取了冬小麦挑旗期、开花期和灌浆期的成像和非成像高光谱以及LAI数据。首先,对比ASD与UHD185光谱仪数据光谱反射率,评价两者精度;然后,选取7个光谱参数,分析其与冬小麦3个生育期LAI的相关性,并使用线性回归和指数回归挑选出最佳估测参数;最后利用多元线性回归、偏最小二乘、随机森林、人工神经网络和支持向量机构建了冬小麦3个不同生育期LAI的估测模型。结果表明:UHD185光谱仪光谱反射率在红边区域与ASD光谱仪趋势一致性很高,反射率在挑旗期、开花期、灌浆期的R^2分别为0.9959、0.9990和0.9968,UHD185光谱仪数据精度较高;7种光谱参数在挑旗期、开花期、灌浆期与LAI相关性最高的参数分别是NDVI(r=0.738)、SR(r=0.819)、NDVI×SR(r=0.835);LAI-MLR为冬小麦LAI的最佳估测模型,其中开花期拟合性最好,精度最高(建模R^2=0.6788、RMSE为0.69、NRMSE为19.79%,验证R^2=0.8462、RMSE为0.47、NRMSE为16.04%)。     

基于深度学习的大豆生长期叶片缺素症状检测方法

为了检测作物叶片缺素,提出了一种基于神经网络的大豆叶片缺素视觉检测方法。在对大豆缺素叶片进行特征分析后,采用深度学习技术,利用Mask R-CNN模型对固定摄像头采集的叶片图像进行分割,以去除背景特征,并利用VGG16模型进行缺素分类。首先通过摄像头采集水培大豆叶片图像,对大豆叶片图像进行人工标记,建立大豆叶片图像分割任务的训练集和测试集,通过预训练确定模型的初始参数,并使用较低的学习率训练Mask RCNN模型,训练后的模型在测试集上对背景遮挡的大豆单叶片和多叶片分割的马修斯相关系数分别达到了0.847和0.788。通过预训练确定模型的初始参数,使用训练全连接层的方法训练VGG16模型,训练的模型在测试集上的分类准确率为89.42%。通过将特征明显的叶片归类为两类缺氮特征和4类缺磷特征,分析讨论了模型的不足之处。本文算法检测一幅100万像素的图像平均运行时间为0.8 s,且对复杂背景下大豆叶片缺素分类有较好的检测效果,可为农业自动化生产中植株缺素情况估计提供技术支持。     

常见景天高温胁迫细胞伤害率试验

以7种常见景天科多肉叶片为材料进行温度梯度处理,用电导率法测定细胞伤害率,观察供试材料对高温胁迫的耐受性。结果表明,55℃是姬秋丽、薄雪万年草、黄丽、胧月、八宝景天的细胞伤害率跃升临界温度,60℃是佛甲草和垂盆草的跃升临界温度。供试景天种类的叶型大小和取样方式不影响试验结果。     

叶蛋白研究进展

叶蛋白是一类从植物叶片中提取的蛋白质,一般其最终蛋白质得率占总叶蛋白的40%~60%,其脂肪含量低且不含胆固醇,是一类具有较高的营养价值和保健功能的蛋白质。本文概述了叶蛋白的多种来源,介绍了7种叶蛋白的提取方法,并对叶蛋白的脱毒、脱色、脱腥及营养价值进行了分析。同时还简述了叶蛋白在饲用、食用和医用方面的应用,以期为读者提供叶蛋白研究的最新进展。     

The mechanical roles of the clasping leaf sheath in cereals: Two case studies from oat and wheat plants

Stem lodging is a common problem in cereal crop production and a main constraint for grain yield improvement. The leaf sheath that surrounds and protects the hollow internodes of stem could provide the plants with a great physical support. However, this biomechanical function has been ignored for several decades in cereal crops. This study aimed to examine the biomechanical properties of basal stem internodes and lodging susceptibility of the whole plants with or without the clasping leaf sheath in wheat (Triticum aestivum L.) and oat (Avena sativa L.) among different genotypes and agronomic practices (including planting densities and nitrogen application rates). The main objective was to quantify the mechanical role of the leaf sheath in oat and wheat crops by a “safety factor” method. On average, the leaf sheath contributed 40%, 68% and 38% of the overall stem bending strength, flexural rigidity and safety factor, in oat, while it accounted for 11%, 24% and 10%, respectively, in wheat plants. The significant contribution of the leaf sheath is due to its vital role in enlarging the peripheral position (i.e., second moment of area) and stiffness (i.e., Young's modulus). The contribution ratios (%) were found to be higher in oat than in wheat plants, due to the greater mass density of leaf sheath and more proficient/prevailing stay-green capability in oat genotypes. This study emphasizes the important mechanical role of clasping leaf sheath on stem internodes of cereals and indicates that the stay-green trait of the leaf sheath can be exploited to design appropriate varieties with improved lodging resistance and great yield potential.     

油菜生长过程对核桃凋落叶化感作用的响应

为研究农作物白菜型油菜生长过程对核桃凋落叶化感作用的生理响应，采用盆栽试验，通过设置空白对照CK（不添加凋落叶）和3个凋落叶添加剂量水平:L₆₀（60 g·盆^-1）、L₁₂₀（120 g·盆^-1）和L₁₈₀（180 g·盆^-1），测定盆栽油菜生长中后期的营养生长、生殖生长及生理响应相关指标。结果表明:1）核桃凋落叶分解对油菜中期营养生长（地径、株高）有显著抑制，在后期得到明显减弱，可仍对后期油菜生殖生长（开花性状、结实性状和产量）产生抑制影响；但这种抑制效应不会影响油菜结实种子的萌发。2）油菜生长中期（100 d），随核桃凋落叶剂量增大，油菜叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性逐步增强，过氧化物酶（POD）活性无显著变化；丙二醛（MDA）含量仅在L₁₈₀处理下显著>CK（P＜0.05），可溶性糖（SS）含量逐步增加，而可溶性蛋白（SP）含量呈逐步下降；到油菜生长后期（140 d）时，各处理下油菜POD、CAT的活性和SS、SP的含量均逐步下降，MDA含量均显著P<0.05）。3）各核桃凋落叶处理对油菜叶片各类叶绿素均有明显抑制作用,随凋落叶添加量增加，油菜叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度（C_i）呈先降后增的趋势。综上所述，核桃凋落叶经土壤分解对油菜中后期生长造成强烈的化感胁迫，其主要通过对油菜的细胞膜造成过氧化伤害，使叶绿素合成受到抑制，光合作用受到影响，进而妨碍其生长及产量品质的形成。     

人工模拟增雨对油蒿种子形态性状和比叶面积的影响

【目的】研究油蒿的种子大小和比叶面积对不同增雨处理的响应,探明两者之间的关系,以期揭示油蒿植物功能性状对降水量变化的响应机制和演变趋势。【方法】根据内蒙古磴口县多年平均降水量,在植物生长季5—9月设计4个增雨梯度(25%,50%,75%和100%),对天然油蒿灌丛进行增雨试验,利用Winseedle种子和针叶图象分析软件系统,对比了油蒿种子表型形态特征和比叶面积对降水增多的响应,同时通过相关分析研究了油蒿种子大小与比叶面积的关系。【结果】不同增雨量对油蒿种子长度、宽度、体积、表面积及千粒重均有显著影响,在100%增雨处理下种子各性状指标达到最小值,其中种子宽度、体积、表面积与增雨量呈极显著负相关(P<0.01)。种子长度和千粒重与增雨量呈显著负相关(P<0.05),种子长宽比与增雨量的相关性不显著(P>0.05)。不同增雨量对油蒿比叶面积的影响差异性显著(P<0.05),且随着雨量的增加,比叶面积不断增大。种子大小与比叶面积呈负相关关系,但均未达到显著水平(P>0.05)。【结论】降水增加后油蒿种子会先增加后减小来适应环境变化,通过油蒿种子、比叶面积两大植物功能性状组合对增雨量处理响应的研究体现了荒漠植物应对未来气候变化的生存策略和适应机制。