植物果胶甲酯酶与果胶甲酯酶抑制子研究进展

果胶是植物细胞壁的主要组分,存在于胞间层与中间层,影响细胞的流变性与黏附性能.果胶的甲酯化程度影响果胶形态,对稳定细胞壁性质以及植物生长发育过程具有重要作用.果胶甲酯酶(PME)是果胶去甲酯化修饰的关键酶类,果胶甲酯酶抑制子(PMEI)可特异地结合PME,调节其活性,共同决定果胶的去甲脂化.本文综述了PME与PMEI的结构及生化作用机制、相关基因家族和表达模式,并进一步对二者介导的果胶去甲酯化过程对细胞壁的影响及其与花粉管发育、根器官形成等植物生长发育过程和逆境响应关系的最新研究进展做了介绍,并进行了展望.     

甘蔗花叶病及其防控策略研究进展

甘蔗花叶病(Sugarcane mosaic disease)是甘蔗叶部病害,被侵染后病毒能分布病蔗全身,该病是一种传播极强的病毒性病害,在世界上主要的甘蔗生产国和地区肆虐,影响甘蔗的正常生长,降低蔗糖的含量及产量,造成严重的经济损失。因此,对甘蔗花叶病的病症及危害、甘蔗花叶病病原生物学特征、病毒的寄主与传播、病原的鉴定与检测、对甘蔗花叶病的防控等进行综述,并对未来研究做出展望,以期为相关研究提供借鉴。     

基于Kinect V3深度传感器的田间植株点云配准方法

准确建立植物的三维点云是以点云方式高通量获取植株各部位物理参数的前提。为实现田间复杂环境下的植株三维点云配准,该研究提出了一种基于多标定球的田间植株点云自动配准方法,并分别在室内简单场景及大田复杂场景下从不同角度对多种作物采集的点云数据进行验证。该方法采用随机抽样一致性算法（Random Sample Consensus, RANSAC）结合点云减法的概念从下采样后的点云中实现多标定球的自动提取,弥补了RANSAC一次只能提取单个物体的缺点。然后基于各标定球的球心距离信息实现三维点集的自动匹配。最后使用奇异值分解算法解算旋转平移矩阵,实现点云的自动配准。不同场景下各作物的配准结果表明,各植株的水平90°、180°、270°以及垂直方向上的点云配准到水平0°点云下的平均轴向误差在6～17 mm之间,平均点位误差在13～30 mm之间,与手动配准的商用同类软件LiDAR360的配准结果相当,但配准过程的自动化程度明显提高,效率提高了67%。该文所提出的方法可在田间复杂环境下对低成本深度相机获取的植株点云实现高精度的自动配准,为田间植物表型参数的提取提供了低成本的可行方案。     

智能手机RGB图像检测植物叶片叶绿素含量的通用方法

为提高RGB（Red, Green, Blue）图像方法在检测植物叶片叶绿素含量的预测精度、普适性和实用性,该研究提出了一种智能手机结合辅助拍照装置获取植物叶片RGB图像并即时检测叶绿素含量的低成本方法。设计了一种内置主动光源的低成本便携式拍照装置,用以降低环境光及拍照角度等因素对成像质量的影响;并采用了基于24色Macbeth标准色卡的二阶多项式回归法构建色差校正矩阵以减小不同手机所获取图像的色差;最后开发了基于微信小程序的远程诊断系统以实现植物叶片叶绿素含量的原地、实时及无损检测。以甘蔗叶片为例,采用了3款不同品牌的手机进行了试验,首先分析了叶片39种颜色特征与其叶绿素含量的相关性及色差校正方法对其的影响。结果表明,该方法获取的叶片颜色特征与叶绿素含量大多具有较强的相关性（相关系数>0.8）,同时,色差校正可明显提升多手机混合数据集的颜色特征与叶绿素含量的相关系数,其中RGB色彩空间下三个颜色通道亮度值R、G、B的代数运算特征(B-G-R)/(B+G)的提升最明显,达到了0.842 4,比校正前提高了89%。进一步结合主成分分析构建了色差校正前与色差校正后的叶绿素含量多元线性回归（Multivariate Linear Regression,MLR）和支持向量机回归（Support Vector Regression,SVR）预测模型。针对多手机混合数据集的通用预测模型中,色差校正后的SVR通用预测模型精度和稳定性最高,相比校正前的SVR通用预测模型,五折交叉验证的R2均值达到了0.721 4,提高了14.6%,RMSE均值为0.328 8 mg/g,降低了13.3%;同时,该模型五折交叉验证的R2标准差仅为0.004 2,具有更高的稳定性。该研究为不同手机准确预测植物叶片叶绿素含量提供了一种通用方法。     

广西蔗区甘蔗白条病菌的鉴定与致病力分析

甘蔗白条病是一种检疫性病害,在我国多个蔗区均有报道,严重威胁我国甘蔗生产.本研究对采自广西蔗区不同品种(系)的病原菌进行分离、鉴定、保存,并选取其中40份白条黄单胞菌分离物进行遗传多样性分析与接种试验,评价其致病性.根据三磷酸腺苷结合盒转运蛋白等管家基因和Ⅳ型分泌系统virB基因的序列差异和进化树分析,将40个菌株分为...     

蔗茎机械强度精准评价及机制解析

倒伏是限制我国糖料蔗生产的核心问题之一。茎秆机械强度是决定蔗茎抗倒伏性能的重要性状,由于缺乏精准评价甘蔗机械强度的有效方法,甘蔗抗倒伏研究进展严重受阻。本研究针对甘蔗倒伏、折断的问题,分别建立一套基于穿刺力和折断力的蔗茎力学表型测定方法,对117份甘蔗品系蔗茎机械强度精准评价,并对茎秆抗倒伏差异品种（‘桂糖42号’和‘柳城05-136号’）的茎秆生物学特性和细胞壁成分进行分析,探究蔗茎机械强度形成的生物学机制。结果显示：（1）各力学参数在不同试验小区间呈极显著正相关关系（P<0.001）,茎秆力学性状测定对甘蔗自然群体茎秆的评价具有可靠性与准确性;（2）甘蔗成熟节间的穿刺力与未成熟节间的折断力呈极显著正相关（P<0.001）,暗示成熟节间与柔嫩节间力学性状存在内在联系;（3）‘桂糖42号’蔗茎穿刺力显著高于‘柳城05-136号’,尤其中部节间差异达最大化,但二者茎髓穿刺力无显著差异,表明蔗茎穿刺力大小取决于茎皮组织,与髓无关;（4）分析茎皮组织细胞壁成分,发现‘桂糖42号’的纤维素、半纤维素和木质素含量均显著高于‘柳城05-136号’,其中纤维素含量与穿刺力呈极显著正相关（r=0.925,P<0.001）,半纤维素和木质素与穿刺力无显著相关性,表明茎皮纤维素含量是决定茎秆机械强度的内在因素。因此,本研究针对甘蔗生产中“茎倒”和“茎折”的生物学问题,在建立蔗茎机械强度精准评价体系的基础上,初步探究了甘蔗不同品种、节间茎秆机械强度的变化规律,并揭示了其内在决定机制。该研究方法及结果可为甘蔗抗倒伏优良品种选育提供参考。     

基于BSR-Seq对甘蔗脱叶性的研究和生物信息学分析

甘蔗的叶片是制糖过程中杂质的主要来源,育种过程中倾向于选育易脱叶的品种。为了研究甘蔗脱叶性相关的主效、稳定基因,本研究采用BSR-Seq技术,从‘ROC25’ב云蔗89-7’的F1后代中选取极端难脱叶品系和极端易脱叶品系的+6叶位叶鞘离区,分别构建混池,并和亲本一起进行RNA转录组测序分析,共得到60.46 Gb的有效片段,4个样品的Q30值均在93%以上,GC含量都大于51%,与参考基因组R570比对,比对率都超过41%。4个样品共检测出4085个差异基因,候选区域定位于9号染色体上的4个位置,总长1.40 Mb,注释到基因86个,亲本间注释到的非同义突变15个,挖掘出2个主效差异基因（Sh09_g020620,Sh09_g020080）,Sh09_g020080在亲本的表达差异和子代中是同向的,而Sh09_g020620在2个亲本和2个子代混池之间的差异是异向的,表明可能仅Sh09_g020080对易脱叶性有所贡献。选取BSR亚群体中极端易脱叶品系40-159和极端难脱叶品系5-94的+1~+7叶进行荧光定量分析,发现Sh09_g020080基因在单一品系的表达和子代混池的+6叶的表达是同向的。取另一个‘B35-9’בCP08-1553’的杂交后代个体中的极端易脱叶品系16-226和极端难脱叶品系16-224的+1~+7叶位的叶鞘离区进行荧光定量分析,结果显示Sh09_g020080在2个群体中+4、+5、+6叶位的表达都为易脱叶的品系高于难脱叶品系。注释显示Sh09_g020080具有σ因子活性,参与红光、远红光、蓝光反应。根据理化性质和蛋白质结构,推测Sh09_g020080编码蛋白具有4个保守区域,且具有积累叶绿素的作用。该研究为甘蔗脱叶相关主效候选基因的挖掘提出了新的见解。     

甘蔗梢腐病菌Fusarium sacchari CYP51基因克隆及遗传转化

甾醇14α-去甲基化酶（CYP51）是生物细胞膜合成所需的一个非常重要的酶,在病原菌的耐药性、致病性和生长繁殖等方面发挥着非常重要的作用。研究表明干扰真菌的CYP51基因表达导致其无法正常生长,显著降低其致病性。本研究以甘蔗梢腐病菌甘蔗镰刀菌（Fusarium sacchari）为试验材料,根据基因组测序数据设计特异性引物克隆得到了FsCYP51基因全长和CDS全长。生物信息学分析表明,该基因序列全长1947 bp,编码区由2个内含子和3个外显子组成,CDS全长1554 bp,编码517个氨基酸,编码蛋白理论相对分子量为58.61 kDa。其编码蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲构成,具有典型的CYP51保守结构域。预测其亚细胞定位于细胞膜,且存在2个跨膜区域。系统进化分析表明,FsCYP51基因属于CYP51C这一类,与串珠镰刀菌（F. verticillioides）的CYP51C基因亲缘关系最近。同时,根据克隆到的基因全长和CDS全长构建了多价HIGS植物表达载体,并利用基因枪介导的遗传转化方法将干扰片段成功转化至甘蔗受体材料,为研究FsCYP51基因功能和创制抗梢腐病甘蔗种质奠定基础。     

甘蔗与斑茅杂交染色体组构成特征研究

斑茅是甘蔗重要的野生种质资源,渗入斑茅血缘来提高甘蔗抗性是目前甘蔗育种的重要途径之一。对甘蔗与斑茅杂交后代进行染色体分型有利于高效利用斑茅的各种优异性状。本研究利用斑茅特异引物鉴定斑茅与甘蔗杂交高世代材料的真实性,通过荧光原位杂交对甘蔗与斑茅染色体进行分型,以探究斑茅和甘蔗染色体在子代中的遗传与分离,并分析其染色体组结构特征。结果表明,杂交群体中有30份为斑茅的真实后代,包含斑茅染色体从1～10条不等,说明其后代群体基本服从n+n的遗传方式,占整个真实后代群体的60%。斑茅与甘蔗发生染色体水平的重组约16.67%,并且斑茅与不同血缘甘蔗重组的概率趋近一致。割手密种特异探针共定位结果表明,斑茅血缘的渗入降低了近现代栽培甘蔗种中热带种血缘与重组血缘的占比,并同时提高了割手密血缘的比例。本研究分析的甘蔗与斑茅杂交后代中不同血缘染色体组的遗传及结构特点,为提高斑茅种质资源在甘蔗育种中的开发利用提供了细胞遗传学基础。     

不同耕整地方式对甘蔗耕层结构特性及产量的影响

为探讨不同耕整地方式对甘蔗地耕层土壤结构特性和产量的影响,以1.4 m和1.6 m两种种植行距为主处理,以深松35 cm+旋耕25 cm、深翻50 cm+旋耕25 cm、不深松(旋耕25 cm)3种耕整地作业方式为副处理,对甘蔗产量性状,土壤容重、紧实度、孔隙度、三相容积率、田间持水量、土壤贯入阻力和抗剪强度等土壤结构特性进行研究。结果表明:1.6 m行距处理甘蔗蔗茎产量显著低于1.4 m行距处理;1.6 m行距处理土壤紧实度显著小于1.4 m行距,容重显著高于1.4 m行距处理,1.6 m行距处理显著改善土壤贯入阻力和抗剪强度。与对照不深松(旋耕25 cm)相比,深松35 cm+旋耕25 cm及深翻50 cm+旋耕25 cm处理通过增加土壤耕作深度,显著改善了耕层土壤紧实度和耕层土壤容重,改善了耕层的整体疏松程度;深松作业通过提高耕层土壤总孔隙度,尤其增加了30~40 cm土层的毛管孔隙度,提高了深层土壤的保水能力,对甘蔗中后期株高伸长和茎径增粗产生显著的促进效应。深松35 cm+旋耕25 cm与深翻50 cm+旋耕25 cm均显著降低了耕层土壤贯入阻力,但对土壤抗剪强度的改善效果不显著;深松35 cm+旋耕25 cm的固相容积率最小,气相容积率最大,不深松(旋耕25 cm)耕作措施的固相容积率最大,气相容积率最小,3种耕作措施的液相容积率没有显著差异。深松35 cm+旋耕25 cm和深翻50 cm+旋耕25 cm均对土壤物理结构的改善具有积极作用,能显著提高甘蔗产量,在具有大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区建议采用深松35 cm+旋耕25 cm的耕整地方式,在缺乏大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区,可以采用铧式犁深翻50 cm+旋耕25 cm的耕整地方式来代替深松,以达到增厚耕层的目的。