基于迁移学习的GoogLeNet果园病虫害识别与分级

为提高果树病虫害危害程度分级精度进而更好地指导果园病虫害防治，采用迁移学习技术与GoogLeNet模型相结合的方法，对6种果园作物的25类病虫害样本进行识别与危害程度分级研究；同时，探究不同数据集大小以及不同优化算法对模型性能的影响；基于MATLAB平台设计了一款可视化的病虫害识别与分级系统。结果表明:1)基于迁移学习的GoogLeNet模型，对病虫害识别精度可达99.35%，危害程度分级精度可达92.78%；2)在相同训练参数下，本研究模型比AlexNet、VGG-16、ResNet-18、SqueezeNet、原GoogLeNet及MobileNet-v2模型验证精度提高了2.38%~11.44%，并且收敛速度最快；3)本研究模型识别精度随着数据集的增大而提高；在3种优化算法中SGDM算法耗时最短且精度最高，更适合本研究模型。通过拍摄果树叶片病害区域图像，本研究设计的系统能够在0.43 s左右准确识别出果树种类、病害类型以及危害等级等信息。     

基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。     

基于声振信号对称极坐标图像的苹果霉心病早期检测

为实现苹果早期霉心病较高精度的检测，该研究采用对称极坐标法（Symmetrized Dot Pattern，SDP）将苹果声振信号变换为雪花图，然后采用AlexNet、VGG16和ResNet50卷积神经网络以迁移学习方式深度挖掘SDP雪花图像的特征信息，将其输入到支持向量机（Support Vector Machine，SVM）分类器，对霉心程度≤7%的苹果进行检测。研究结果表明，当时间间隔系数为25和角度放大因子为50°时，健康果与早期霉心果声振信号的SDP图形状特征差异最大，在此条件下获取的SDP图经卷积神经网络AlexNet、VGG16和ResNet50提取特征并构建了不同核函数的SVM霉心果检测模型，在各类SVM模型中，ResNet50-SVM-gaus（高斯基）模型用相对较少的训练时间和参数量可取得训练集霉心果较高分类准确率，经超参数优化训练该模型对健康果和早期霉心果测试集不平衡样本（10∶1）的总体分类准确率达到96.97%，平均查准率、平均查全率、平均加权调和均值、Kappa系数和马修斯相关系数值分别为80.19%、90.36%、86.21%，82.54%和82.68%，该模型不仅对多数类的健康果保持较高分类准确率，而且对少数类的早期霉心果也具有较高判别能力。这些研究结果为声振法应用于果蔬内部病害的早期在线检测系统研发提供了技术支撑。     

Characterization and pathogenicity of six Cytospora strains causing stem canker of wild apple in the Tianshan Forest,China

Cytospora species are capable of causing destructive cankers of stems belonging to a wide range of woody plant species. In severe cases, cankers may lead to dieback of twigs and branches. Little is known about the Cytospora species causing canker disease of wild apple (Malus sieversii) trees in the Wild Fruit Forest Reserve in Tianshan Forest, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China. In this study, six Cytospora isolates belonging to two species were isolated from cankerous lesions of wild apple twigs. Based on multi‐locus phylogenetic analysis using three DNA markers (ITS, tef1‐α and tub2) and morphological characterization, these isolates were identified as Cytospora mali and Cytospora parasitica. Temperature trials (15, 20, 25 and 30°C) showed that the optimal growth temperature for six isolates was 25°C. At a variety of temperatures, C. mali isolates tended to grow faster than isolates of C. parasitica, with the C. mali isolate, EGI1 performing better than others with regard to growth rate. Morphological observations showed that these species exhibited a single locule without conceptacles, and the conidia length was 3–5 μm. In vitro inoculation trials of twigs and leaves of M. sieversii seedlings revealed that the C. mali isolates were highly virulent phytopathogenic fungi, whereas the C. parasitica isolates were less virulent. The isolate EGI1 was the most virulent isolate among the six isolates. This paper presents the first report of pathogenic Cytospora spp. of the M. sieversii Tianshan Wild Fruit Forest Reserve of Yili, Xinjiang in China. It will aid in the understanding of how apple tree cankers are induced and provide disease management guidelines for M. sieversii forest conservation.     

外源ABA对苹果砧木叶片解剖结构 及内源激素含量的影响

通过光镜和透射电镜分别观察外源脱落酸（ABA）处理下楸子（Malus prunifolia）、平邑甜茶（M. hupehensis）和新疆野苹果（M. sieversii）叶片解剖结构及叶绿体超微结构的变化，利用扫描电镜和酶联免疫法分别研究ABA处理对叶片气孔特征及其内源激素含量的影响。结果表明：与对照相比，ABA处理下楸子、平邑甜茶和新疆野苹果的叶厚分别减少了7.93%、0.25%和0.81%，栅栏组织厚度分别减少了31.43%、8.53%和4.99%（P＜0.05），海绵组织厚度分别增加了10.34%、6.14%和5.63%（P＜0.05），叶肉组织结构疏松度（SR）分别增加了19.59%、6.55%和6.50%。ABA处理下楸子和平邑甜茶的栅栏组织/海绵组织厚度比值（P/S）及叶肉组织结构紧密度（CTR）较对照显著减少（P＜0.05），其中，P/S值分别下降37.86%和13.82%，CTR分别下降25.46%和8.29%，而新疆野苹果的P/S值和CTR下降但不显著。此外，ABA处理下楸子和平邑甜茶的上表皮细胞厚度较对照分别增加了5.82%和6.43%，新疆野苹果的较对照减少了26.23%（P＜0.05）；楸子和新疆野苹果的下表皮细胞厚度较对照增加了12.09%和14.21%（P＜0.05），平邑甜茶的较对照减少了12.56%。平邑甜茶和新疆野苹果叶片上下角质层厚度较对照显著增加（P＜0.05），而楸子的变化不显著。在ABA诱导下，3种砧木的气孔密度、气孔大小（长度×宽度）及其开口度和开张比均不同程度地下降，其中，楸子的较对照分别下降了3.62%、7.12%×19.59%、67.60%和86.66%，平邑甜茶的分别下降了3.50%、4.99%×20.65%、32.42%和58.24%，新疆野苹果的分别下降了8.54%、0.92%×12.06%、20.37%和16.35%。ABA处理下3种砧木叶片细胞中叶绿体的数量变少，类囊体结构排列疏松，叶绿体上的淀粉粒趋于变小。外施ABA使3种砧木叶片内源ABA和玉米素核苷（ZR）的含量极显著增加（P＜0.01），其中楸子ABA和ZR含量比对照分别增加30.83%和13.31%，平邑甜茶的分别增加62.40%和45.28%，而新疆野苹果的分别增加了37.07%和17.06%。楸子和新疆野苹果叶片的吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA）含量无显著变化，而平邑甜茶叶片的IAA及GA含量比对照分别增加了62.62%和20.62%（P＜0.01）。总之，在ABA处理下，3种苹果砧木的叶片组织解剖结构和气孔特征都发生旱生性结构变化，叶肉细胞中淀粉粒趋于变小，叶片内源ABA和ZR水平增加显著，而IAA和GA水平变化因基因型不同而存在差异。     

中国不同地区‘富士’苹果品质评价

【目的】确定‘富士’苹果核心品质指标,建立‘富士’苹果品质综合评价模型。【方法】从河北、河南、辽宁、宁夏、山东、山西、陕西、新疆等8个苹果主产省（区）68个市（县）的代表性果园采集176份‘富士’苹果样品进行品质测定,共测定单果重、带皮硬度、去皮硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、维生素C含量、山梨醇含量、葡萄糖含量、果糖含量、蔗糖含量、甜度、固酸比、糖酸比、甜酸比等15项指标。通过主成分分析和聚类分析法确定‘富士’苹果核心品质指标,运用层次分析法确定指标权重,采用灰色关联度法建立‘富士’苹果品质综合评价模型。【结果】不同产区间‘富士’苹果品质指标存在差异性,新疆‘富士’苹果硬度、维生素C含量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、山梨醇含量、果糖含量、蔗糖含量、甜度值等8项品质指标均高于其他省（区）‘富士’苹果。维生素C含量、山梨醇含量、蔗糖含量和甜酸比的变异系数均大于30%,可溶性糖含量的变异系数最小（仅为9.8%）。‘富士’苹果某些品质指标间存在极显著的相关性,可滴定酸含量与固酸比、糖酸比之间相关系数分别为-0.844、-0.854,果糖和甜度值之间相关系数达0.963,固酸比与糖酸比之间相关系数为0.941。通过主成分分析和聚类分析,确定单果重（X₁）、去皮硬度（X₂）、可滴定酸含量（X₃）、固酸比（X₄）和果糖含量（X₅）为‘富士’苹果核心品质指标。通过灰色关联度法建立了‘富士’苹果品质综合评价模型Y=0.2601X₁+0.1378X₂+0.0819X₃+0.2601X₄+0.2601X₅。【结论】单果重、去皮硬度、可滴定酸含量、固酸比和果糖含量为‘富士’苹果核心品质指标,以其建立的评价模型可用于‘富士’苹果品质的综合评价。     

山西南部苹果花期冻害时空分布特征及综合防御技术

利用1997—2016年山西南部苹果主产县(市、区)苹果花期逐日最低气温及日平均气温观测资料，根据苹果花期冻害等级划分指标，采用最小二乘法对花期冻害日数进行线性倾向估计，并用Mann-Kendall非参数检验方法对花期冻害日数的变化趋势进行显著性检验，分析山西南部苹果花期冻害的时空分布特征。结果表明: 山西省南部苹果产区发生花期冻害日数年均为3.1 d，各县花期均温介于13.0℃~13.8℃之间。运城地区4月中上旬易发生冻害，临汾地区吉县与隰县4月下旬易发生冻害；山西南部苹果花期冻害日数近20 a气候倾向率为-0.666 d·（10 a）^-1（P≤0.01），花期极端最低气温气候倾向率为0.165 d·（10 a）^-1（P≤0.01），花期极端最低气温与冻害日数具有极显著负相关关系。山西南部苹果花期冻害日数突变点在2008年，且在2015年之后苹果花期冻害日数突破α=0.05显著性水平下限。对于苹果花期冻害的综合防御措施，可采用“以防为主，抗补结合”策略。     

红富士苹果不同化学疏花剂的疏除效果及成本分析

【目的】 研究对比不同化学疏花剂对红富士苹果花的疏除效果并分析成本,筛选出适宜阿克苏红富士苹果的化学疏花剂及浓度,为减少人工疏花成本、调控树体负载量、提升果品品质提供参考。【方法】 以初果期和盛果期红富士苹果新红1号为试材,在中心花75%~85%和全树70%~85%的花开放时期。喷施不同浓度的石硫合剂、乙烯利、甲酸钙、疏花剂,以人工疏果为对照,分析化学疏花剂的疏除效果及成本。【结果】 不同浓度的石硫合剂、乙烯利、甲酸钙、疏花剂,对初果期树和盛果期树的花均有疏除作用,疏除效果不同,与对照相互比较均有差异,成本相差较大。【结论】 通过花序坐果率、花朵坐果率、单果占比、空台率、疏除率综合比较,石硫合剂200倍液在初果期树的疏除效果与人工疏果效果最相近,成本为人工疏果的17.08%;石硫合剂150倍液在盛果期树上的疏除效果与人工最相近,成本为人工疏果的24.79%。化学疏花的成本与疏花剂的价格及树龄呈正相关。     

应力波在落叶松活立木中传播影响因素数值模拟

探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中的传播进行了模拟计算,并研究了敲击载荷频率、活立木胸径和心材比对应力波传播的影响。结果表明,应力波波速随着载荷脉冲频率的增大而减小;对于胸径为10 cm的活立木模型,当传播距离达到1. 2 m时,应力波波阵面已经转换为一维平面波,而对于胸径超过30 cm的活立木模型,应力波在0～1. 2 m传播距离内是以三维膨胀波的形式传播;活立木胸径对应力波的传播速度有影响,当胸径小于10 cm时,波速较小且基本没有发生变化,当胸径从10 cm增加到40 cm时,应力波的波速随着活立木胸径的增加而增加,而当胸径超过40 cm时,波速略微增加后保持相对稳定;应力波在活立木中的波速随着心材比的增大而减小。胸径对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状有影响,而敲击载荷频率和心材比对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状没有影响,但三者都会对应力波的传播速度产生影响,数值模拟最佳的敲击载荷频率为2. 5 kHz,应力波在活立木中的传播速度不只取决于边材的力学性能,而是受到心材和边材的共同影响。     

长期继代培养的转基因苹果外源基因遗传及表达稳定性分析

为研究长期继代培养的转基因苹果组培苗中外源基因的遗传及表达稳定性，以继代培养9年的7个转GFP(绿色荧光蛋白)基因苹果株系组培苗为试材，分析转基因株系对Kan(卡那霉素)的抗性、DNA水平、转录水平和转录后水平GFP基因的遗传及表达稳定性。结果表明，在7个苹果转基因株系组培苗中均可检测出GFP特异基因片段，并且均可在含有50 mg/L卡那霉素的培养基上正常生长；绝对定量qRT-PCR检测发现，各转化株系GFP基因拷贝数并不相同；利用相对定量qRT-PCR法检测发现7个株系中GFP基因 mRNA表达量有明显差异，同时荧光显微镜下观察各转化株系叶片，绿色荧光强度有明显差异，利用SPSS软件对7个转基因株系中GFP基因拷贝数与GFP mRNA表达量相关性分析结果呈无显著相关性。以上结果表明，外源基因可以在长期继代培养的转基因苹果组培苗中保持其遗传稳定性，但不同转化株系中外源基因的表达量有显著差异，其表达量与拷贝数无显著相关，可能与外源基因在植物基因组中的插入位点有关。