Transport of cadmium from soil to grain in cereal crops: A review

Due to rapid urbanization and industrialization, many soils for crop production are contaminated by cadmium(Cd), a heavy metal highly toxic to many organisms. Cereal crops such as rice, wheat, maize, and barley are the primary dietary source of Cd for humans, and reducing Cd transfer from soil to their grains is therefore an important issue for food safety. During the last decade, great progress has been made in elucidating the molecular mechanisms of Cd transport, particularly in rice. Inter-and intraspecific variations in Cd accumulation have been observed in cereal crops. Transporters for Cd have been identified in rice and other cereal crops using genotypic differences in Cd accumulation and mutant approaches. These transporters belong to different transporter families and are involved in the uptake, vacuolar sequestration, root-to-shoot translocation, and distribution of Cd. Attempts have been made to reduce Cd accumulation in grains by manipulating these transporters through overexpression or knockout of the transporter genes, as well as through marker-assisted selection breeding based on genotypic differences in Cd accumulation in the grains. In this review, we describe recent progress on molecular mechanisms of Cd accumulation in cereal crops and compare different molecular strategies for minimizing Cd accumulation in grains.     

单基线PolInSAR森林高度反演方法研究

极化干涉SAR(Polarimetric SAR interferometry,PolInSAR)森林高度反演是当前雷达遥感领域的研究热点,近年来出现了多种单基线PolInSAR森林高度反演方法。为了给单基线PolInSAR反演森林高度的算法提供基础,并探索和发展效果更优的反演方法,使用Pol SARpro软件模拟森林平均高度为18 m的L波段(L=23 cm)全极化干涉SAR数据,研究了森林高度反演算法中的DEM差分法、RVoG法、复相干幅度反演法、混合反演法,并基于相干优化法对混合反演法进行了改进;为了更准确地对算法的性能进行比较,给出方位向为48 bin时各算法的距离向剖面的对比图,并选取图像的中间区域,对森林高度位于3~30 m的1 104个样本点,应用均值和均方根误差RSME对5种方法模拟的18 m森林高度进行比较。结果表明:森林高度平均值反演结果由大到小依次为:复相干幅度反演法、混合反演法、改进的混合反演法、RVoG法、DEM差分法,分别为19.40、18.31、18.12、10.55、10.05 m,均方根误差(RMSE)由小到大依次为:改进的混合反演法、混合反演法、复相干幅度反演法、RVoG法、DEM差分法,分别为1.06、1.48、3.49、7.51、8.04 m;说明DEM差分法与RVoG法反演的森林高度存在明显低估,复相干反演法出现明显高估且其离散程度最大,混合反演法和改进的混合反演法与真实值的误差分别为0.31、0.12 m,改进的混合反演法与真实值的相差最小,离散程度最小,均方根误差最小,反演结果最优。改进的混合反演法综合了混合反演法与相干优化法的优点,使其估计的地形相位的均方根误差最小(0.045 rad),森林高度与真实值的误差最小,均方根误差最小,并且具有一定的鲁棒性。     

温度对茶发酵叶色泽及茶色素含量的影响

为探究温度对发酵外形、汤色指标和品质成分的影响,并获得快速判别发酵适度的指标,该文以福鼎大白茶品种鲜叶为原料,设置25、30、35、40℃等4个发酵温度,首次检测在制品外形L值(亮度)、a值(红度)、b值(黄度)和△E值(总色差),汤色LC值(总汤色值)、LL值(汤色透亮度)、La值(汤色红度)和Lb值(汤色黄度)等色泽属性,以及TFs(茶黄素)、TRs(茶红素)和TBs(茶褐素)等品质成分的动态变化,建立3类指标的相关性。结果表明,发酵的进行会导致外形色泽L值、b值的下降,a值的增加,汤色LC值、La值和Lb值的先升后降,LL值的下降,各色泽属性的剧变期均发生在前90 min;不同温度比较,低温(25或30℃)有利于外形亮度L值、外形黄度b值、总汤色LC值、汤色黄度Lb值和汤色红度La的值的稳定,高温(35℃)有利于外形红度a值和汤色透亮度LL值的增加。品质成分TFs和TRs均呈先增后降的趋势,然茶红素峰值点出现时间晚于茶黄素,整体上以25℃发酵有利于TFs的形成和累积,而30℃发酵有利于TRs累积。相关性分析表明,TFs和TRs均与TFRB(茶黄素和茶红素之和与茶褐素的比值)呈极显著正相关,TFRB值较TFR值(茶红素与茶黄素的比值)更可有效代表茶黄素和茶红素在叶内的贡献表征;外形色泽属性与汤色色泽属性间呈极显著相关性,TFs与L值、b值、Lb值呈极显著正相关,与LC值、La值呈显著正相关,TRs仅与a值和Lb值呈显著正相关。通过线性回归分析获得了以LL值、Lb值和b值为变量的茶黄素回归模型,R2达到0.804,结合回归模型和相关性结果可以看出外形黄度b值最为关键,可作为判断发酵适度和衡量茶黄素含量的关键指标。     

基于Lab颜色空间的棉花覆盖度提取方法研究

基于手持高清可见光图像和无人机可见光遥感影像中植被与非植被像元在不同颜色空间单通道上分布的差异性,以苗期和蕾期的棉花为对象,进行了棉花覆盖度的提取方法研究。基于不同天气状况和不同采集时刻等光照条件下采集的29幅具有不同覆盖度的棉花地面可见光图像,分别对比分析了Lab颜色空间a通道、RGB颜色空间2G-R-B指数和HIS颜色空间H通道对棉花的识别能力,以及使用动态阈值和固定阈值两种情况下的棉花覆盖度提取精度。其中动态阈值通过植被与非植被像元的高斯分布交点确定,固定阈值在3种颜色空间分别设置为动态阈值的均值。结果表明,植被像元与非植被像元在a通道、2G-R-B指数和H通道上呈现高斯分布,可以采用非线性最小二乘算法实现高斯分布拟合。通过高斯分布拟合求解交点得到的动态分类阈值分布范围较为集中,将其均值-3.78、0.06、0.13设定为固定分类阈值。相比于2G-R-B指数和H通道,a通道对绿色植被的识别能力最好,更适合提取棉花植被覆盖度;相比于动态阈值,固定阈值的提取精度更好,平均提取误差为0.009 4。将该方法应用到无人机尺度时,同样可以较好地提取不同天气状况和不同土壤干湿类型的棉花覆盖度,且总体平均提取误差为0.012。经过初步检验和分析认为,基于植被与非植被像元在Lab颜色空间a通道上分布的差异性,结合固定分类阈值,可以精确地提取不同光照条件下的苗期和蕾期棉花覆盖度。     

盐胁迫下3种海滨植物形态和生理响应特征及耐盐性差异

[目的] 研究盐胁迫条件下3种海滨植物的生理生态动态响应特征及其耐盐性差异，为盐碱地绿化树种筛选提供科学依据。[方法] 以2年生中山杉、小叶榕和海滨木槿幼苗为材料进行为期56 d的盆栽试验，设置3个盐分梯度对其生长和形态、抗氧化酶系统以及渗透调节系统等指标的动态变化特征进行比较，并通过主成分分析来明确3种植物在耐盐性上的差异。[结果] 短期盐胁迫（14 d）对3种植物存活率、叶形和叶色影响较小，但长期盐胁迫（56 d）对小叶榕产生较大影响，盐胁迫下3种植物固定枝条相对生长率动态特征差异明显。3种植物叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性随着盐处理时间增加而呈现降低趋势，过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性先增加后降低，丙二醛（MDA）含量呈现总体降低趋势。盐胁迫下3种植物叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈现先减少后增加的趋势，叶片相对电导率则随着盐浓度增加而显著提高。盐处理时间和物种的交互作用对SOD和POD活性以及MDA含量有显著影响，3种植物耐盐性主成分有明显差异，表明它们不同的耐盐响应特征。[结论] 3种植物的生态生理响应特征表明盐处理对小叶榕影响最大，中山杉次之，对海滨木槿影响最小，因此海滨木槿和中山杉有优先作为我国东部沿海地区盐碱地绿化树种的潜力。     

冬小麦不同播期对土壤水分及产量的影响

在西北半干旱雨养条件下,以冬小麦‘陇中一号’为材料,研究了不同播期条件下土壤水分、产量差异。结果表明:冬小麦适当迟播可以提高土壤含水量,但在不同播期、小麦的不同生育期土壤含水量也存在差异。从4个不同播期分析,平均土壤含水量为最迟播期(S4,10月11日)的最高;产量以最早播期(S1,9月21日)的最低,9月30日—10月11日之间产量相近。多重比较表明,播种期越迟,土壤含水量越大,播期处理间产量差异不显著,晚播不会造成减产。     

中国森林碳汇的区域差异及动态演进分析

基于1988—2013年全国森林资源清查数据,采用改进的森林蓄积量法估算了中国大陆31个省(市、区)的森林碳汇量,并以单位面积森林碳汇量为指标,借助Dagum基尼系数和Markov链方法系统分析了中国森林碳汇的区域差异及其动态演进趋势。结果表明:1)中国森林碳汇在省域间存在较大差距,由南方林区向西南、东北林区递增变化;2)Dagum基尼系数及其分解结果显示,中国森林碳汇的地区差异呈波动下降趋势。从四大林区来看,南方、北方和东北地区内差距与全国一致,基本呈下降趋势。而西南地区内差距呈现先上升后下降趋势。地区间差距是造成中国森林碳汇区域差异的首要原因,并且地区间净差距和超变密度差距对全国总体差异的贡献率呈此消彼长的"∞"型变化。3)Markov链分析发现,不同水平的森林碳汇地区间跨区流动的可能性较低。但从动态演进来看,中国森林碳汇呈上升态势,预期较低水平的省份将逐步减少,整体会向着高水平趋势发展。     

基于高分辨率遥感影像的农作物灾损评估研究

【目的】2016年湖北省部分地区遭受洪涝灾害,导致该省农作物产量下降。利用遥感手段进行灾损评估研究可快速、准确获取灾后农作物的受灾程度与减产量,给农民提供实时、准确的参考数据,以减少农民的经济损失。【方法】基于2015年7月与2016年7月的灾前灾后Landsat-8影像,利用面向对象分类方法和分层抽样方法对湖北省荆州市与荆门市部分地区的农作物进行受灾面积提取,统计农作物受灾面积总量;对灾前灾后农作物的NDVI值进行对比,根据灾前灾后的NDVI差值进行受灾等级划分,以此得到农作物的受灾等级。【结果】(1)由连续暴雨引起的洪涝灾害导致研究区农作物都有不同程度的受损,采用了面向对象分类方法精度指标的Kappa系数为0.849 5,以此分类统计出的受灾农作物总面积为635.838 km~2;(2)受灾严重的区域主要是依傍河岸和地势低洼处。荆州市的弥市镇虎渡河附近的农作物受灾等级最高,受灾最为严重,几乎完全被洪水淹没;而荆州市马良镇的杨家湾因为地势低以及对农作物的灾害预防措施做得不够,也造成大量的农作物被淹没,甚至出现了绝收现象。【结论】对于农作物灾后监测,有关部门要借助遥感手段及时向农民提供数据支持,将农民的经济损失降到最低,最大程度地保障农民的生活。